Co jest nośnikiem prądu elektrycznego. Co to jest prąd i co oznacza praca prądowa? Wyjaśniamy przystępnym językiem

" Dzisiaj chcę poruszyć temat prądu elektrycznego. Co to jest? Spróbujmy przypomnieć sobie program nauczania w szkole.

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek w przewodniku

Jeśli pamiętasz, aby naładowane cząstki mogły się poruszać (powstaje prąd elektryczny), należy wytworzyć pole elektryczne. Aby wytworzyć pole elektryczne, można wykonać takie podstawowe eksperymenty, jak pocieranie plastikowej rączki o wełnę, a to na jakiś czas będzie przyciągać lekkie przedmioty. Ciała zdolne do przyciągania obiektów po pocieraniu nazywane są naelektryzowanymi. Można powiedzieć, że ciało w tym stanie ma ładunki elektryczne, a same ciała nazywane są naładowanymi. Z programu szkolnego wiemy, że wszystkie ciała składają się z drobnych cząstek (cząsteczek). Cząsteczka to cząstka substancji, którą można oddzielić od ciała i która będzie posiadać wszystkie właściwości właściwe temu ciału. Cząsteczki ciał złożonych powstają z różnych kombinacji atomów ciał prostych. Na przykład cząsteczka wody składa się z dwóch prostych: atomu tlenu i jednego atomu wodoru.

Atomy, neutrony, protony i elektrony – czym są?

Z kolei atom składa się z jądra i krążącego wokół niego elektrony. Każdy elektron w atomie ma niewielki ładunek elektryczny. Na przykład atom wodoru składa się z jądra, wokół którego obraca się elektron. Jądro atomu składa się z protonów i neutronów. Z kolei jądro atomu ma ładunek elektryczny. Protony tworzące jądro mają te same ładunki elektryczne i elektrony. Ale protony, w przeciwieństwie do elektronów, są nieaktywne, ale ich masa jest wielokrotnie większa niż masa elektronu. Cząstka neutronu wchodząca w skład atomu nie ma ładunku elektrycznego i jest neutralna. Elektrony krążące wokół jądra atomu i protony tworzące jądro są nośnikami ładunków elektrycznych o jednakowej wielkości. Pomiędzy elektronem i protonem zawsze istnieje siła wzajemnego przyciągania, a pomiędzy samymi elektronami i pomiędzy protonami istnieje siła wzajemnego odpychania. Z tego powodu elektron ma ujemny ładunek elektryczny, a proton ma ładunek dodatni. Z tego możemy wywnioskować, że istnieją 2 rodzaje energii elektrycznej: dodatnia i ujemna. Obecność jednakowo naładowanych cząstek w atomie powoduje, że pomiędzy dodatnio naładowanym jądrem atomu a krążącymi wokół niego elektronami działają siły wzajemnego przyciągania, utrzymując atom w jedną całość. Atomy różnią się między sobą liczbą neutronów i protonów w jądrach, dlatego dodatni ładunek jąder atomów różnych substancji nie jest taki sam. W atomach różnych substancji liczba wirujących elektronów nie jest taka sama i zależy od wielkości dodatniego ładunku jądra. Atomy niektórych substancji są silnie związane z jądrem, podczas gdy w innych wiązanie to może być znacznie słabsze. To wyjaśnia różne mocne strony ciał. Drut stalowy jest znacznie mocniejszy niż drut miedziany, co oznacza, że ​​cząstki stali są silniej przyciągane do siebie niż cząstki miedzi. Przyciąganie między cząsteczkami jest szczególnie zauważalne, gdy są one blisko siebie. Najbardziej uderzającym przykładem jest to, że po zetknięciu dwie krople wody łączą się w jedną.

Ładunek elektryczny

W atomie dowolnej substancji liczba elektronów krążących wokół jądra jest równa liczbie protonów zawartych w jądrze. Ładunki elektryczne elektronu i protonu są równe pod względem wielkości, co oznacza, że ​​ładunek ujemny elektronów jest równy dodatniemu ładunkowi jądra. Ładunki te znoszą się wzajemnie, a atom pozostaje neutralny. W atomie elektrony tworzą powłokę elektronową wokół jądra. Powłoka elektronowa i jądro atomu znajdują się w ciągłym ruchu oscylacyjnym. Podczas ruchu atomy zderzają się ze sobą i emitowany jest z nich jeden lub więcej elektronów. Atom przestaje być obojętny i staje się naładowany dodatnio. Ponieważ jego ładunek dodatni stał się większy niż ujemny (słabe połączenie między elektronem a jądrem - metalem i węglem). W pozostałych ciałach (drewno i szkło) powłoki elektronowe nie ulegają uszkodzeniu. Po oddzieleniu od atomów wolne elektrony poruszają się losowo i mogą zostać przechwycone przez inne atomy. Proces pojawiania się i znikania w ciele zachodzi w sposób ciągły. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta prędkość ruchu wibracyjnego atomów, zderzenia stają się częstsze i silniejsze, a liczba wolnych elektronów wzrasta. Jednak ciało pozostaje elektrycznie obojętne, ponieważ liczba elektronów i protonów w ciele się nie zmienia. Jeśli z ciała zostanie usunięta pewna ilość wolnych elektronów, ładunek dodatni staje się większy niż ładunek całkowity. Ciało będzie naładowane dodatnio i odwrotnie. Jeśli w organizmie powstaje brak elektronów, wówczas jest on dodatkowo ładowany. Jeśli jest nadmiar, jest on ujemny. Im większy ten niedobór lub nadmiar, tym większy ładunek elektryczny. W pierwszym przypadku (więcej cząstek naładowanych dodatnio) ciała nazywane są przewodnikami (metale, wodne roztwory soli i kwasów), a w drugim (brak elektronów, cząstki naładowane ujemnie) dielektrykami lub izolatorami (bursztyn, kwarc, ebonit). . Aby prąd elektryczny mógł nadal płynąć, w przewodniku musi stale utrzymywać się różnica potencjałów.

Cóż, krótki kurs fizyki dobiegł końca. Myślę, że z moją pomocą przypomnieliście sobie program nauczania dla klasy 7, a jaka jest potencjalna różnica, sprawdzimy w następnym artykule. Do zobaczenia ponownie na stronach serwisu.

Co tak naprawdę dzisiaj wiemy o elektryczności? Według współczesnych poglądów bardzo dużo, ale jeśli zagłębimy się w istotę tego zagadnienia bardziej szczegółowo, okaże się, że ludzkość szeroko korzysta z energii elektrycznej, nie rozumiejąc prawdziwej natury tego ważnego zjawiska fizycznego.

Celem tego artykułu nie jest podważanie uzyskanych naukowych i technicznych wyników badań stosowanych w dziedzinie zjawisk elektrycznych, które są szeroko stosowane w życiu codziennym i przemyśle współczesnego społeczeństwa. Jednak ludzkość nieustannie boryka się z szeregiem zjawisk i paradoksów, które nie mieszczą się w ramach współczesnych koncepcji teoretycznych dotyczących zjawisk elektrycznych - świadczy to o braku pełnego zrozumienia fizyki tego zjawiska.

Również dzisiejsza nauka zna fakty, gdy pozornie badane substancje i materiały wykazują anomalne właściwości przewodnictwa ( ) .

Zjawisko nadprzewodnictwa materiałów również nie ma obecnie w pełni zadowalającej teorii. Istnieje jedynie założenie, że nadprzewodnictwo istnieje zjawisko kwantowe , który jest badany przez mechanikę kwantową. Po dokładnym przestudiowaniu podstawowych równań mechaniki kwantowej: równania Schrödingera, równania von Neumanna, równania Lindblada, równania Heisenberga i równania Pauliego, ich niespójność stanie się oczywista. Faktem jest, że równanie Schrödingera nie jest wyprowadzane, lecz postulowane metodą analogii z optyką klasyczną, opartą na uogólnieniu danych eksperymentalnych. Równanie Pauliego opisuje ruch naładowanej cząstki o spinie 1/2 (na przykład elektronu) w zewnętrznym polu elektromagnetycznym, ale pojęcie spinu nie jest związane z rzeczywistym obrotem cząstki elementarnej, a w odniesieniu do spinu postuluje się, że istnieje przestrzeń stanów, które nie mają żadnego związku z ruchem cząstek cząstki elementarnej w zwykłej przestrzeni.

W książce Anastazji Nowych „Ezoosmos” znajduje się wzmianka o niespójności teorii kwantowej: „Ale kwantowo-mechaniczna teoria budowy atomu, która uważa atom za układ mikrocząstek nie przestrzegających praw mechaniki klasycznej, absolutnie nie dotyczy . Na pierwszy rzut oka argumenty niemieckiego fizyka Heisenberga i austriackiego fizyka Schrödingera wydają się ludziom przekonujące, ale jeśli rozważy się to wszystko z innego punktu widzenia, ich wnioski są tylko częściowo poprawne i ogólnie oba są całkowicie błędne . Faktem jest, że pierwszy opisał elektron jako cząstkę, a drugi jako falę. Nawiasem mówiąc, zasada dualności falowo-cząsteczkowej jest również nieistotna, ponieważ nie ujawnia przejścia cząstki w falę i odwrotnie. Oznacza to, że uczeni panowie okazują się nieco skąpi. W rzeczywistości wszystko jest bardzo proste. Ogólnie chcę powiedzieć, że fizyka przyszłości jest bardzo prosta i zrozumiała. Najważniejsze jest, aby żyć, aby zobaczyć tę przyszłość. Jeśli chodzi o elektron, staje się on falą tylko w dwóch przypadkach. Pierwsza ma miejsce, gdy ładunek zewnętrzny zostaje utracony, to znaczy, gdy elektron nie oddziałuje z innymi obiektami materialnymi, powiedzmy z tym samym atomem. Drugi w stanie przedosmicznym, czyli gdy jego potencjał wewnętrzny maleje.”

Te same impulsy elektryczne generowane przez neurony układu nerwowego człowieka wspomagają aktywne, złożone i różnorodne funkcjonowanie organizmu. Warto zauważyć, że potencjał czynnościowy komórki (fala wzbudzenia przemieszczająca się wzdłuż błony żywej komórki w postaci krótkotrwałej zmiany potencjału błonowego na niewielkim obszarze komórki pobudliwej) mieści się w pewnym zakresie (ryc. 1).

Dolna granica potencjału czynnościowego neuronu kształtuje się na poziomie -75 mV, co jest bardzo zbliżone do wartości potencjału redoks ludzkiej krwi. Jeśli przeanalizujemy maksymalną i minimalną wartość potencjału czynnościowego w stosunku do zera, to jest ona bardzo zbliżona do zaokrąglonej wartości procentowej oznaczający złoty podział , tj. podział przedziału w stosunku 62% i 38%:

\(\Delta = 75 mV + 40 mV = 115 mV\)

115 mV / 100% = 75 mV / x 1 lub 115 mV / 100% = 40 mV / x 2

x 1 = 65,2%, x 2 = 34,8%

Wszystkie substancje i materiały znane współczesnej nauce w mniejszym lub większym stopniu przewodzą prąd elektryczny, ponieważ zawierają elektrony składające się z 13 fantomowych cząstek Po, które z kolei są wiązkami septonicznymi („PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS” s. 61). Pytaniem pozostaje jedynie napięcie prądu elektrycznego niezbędne do pokonania oporu elektrycznego.

Ponieważ zjawiska elektryczne są ściśle powiązane z elektronem, raport „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” podaje następujące informacje dotyczące tej ważnej cząstki elementarnej: „Elektron jest składnikiem atomu, jednym z głównych elementów strukturalnych materii. Elektrony tworzą powłoki elektronowe atomów wszystkich znanych dziś pierwiastków chemicznych. Uczestniczą w niemal wszystkich zjawiskach elektrycznych znanych współcześnie naukowcom. Ale czym właściwie jest elektryczność, oficjalna nauka nadal nie jest w stanie wyjaśnić, ograniczając się do ogólnych sformułowań, że jest to na przykład „zespół zjawisk spowodowanych istnieniem, ruchem i oddziaływaniem naładowanych ciał lub cząstek nośników ładunku elektrycznego”. Wiadomo, że energia elektryczna nie jest przepływem ciągłym, ale jest przesyłana porcjami - dyskretnie».

Według współczesnych pomysłów: „ Elektryczność „to zespół zjawisk spowodowanych istnieniem, interakcją i ruchem ładunków elektrycznych”. Ale czym jest ładunek elektryczny?

Ładunek elektryczny (ilość energii elektrycznej) to fizyczna wielkość skalarna (wielkość, której każda wartość może być wyrażona jedną liczbą rzeczywistą), określająca zdolność ciał do bycia źródłem pól elektromagnetycznych i uczestniczenia w oddziaływaniach elektromagnetycznych. Ładunki elektryczne dzielą się na dodatnie i ujemne (w nauce wybór ten jest uważany za czysto arbitralny, a każdemu ładunekowi przypisany jest bardzo specyficzny znak). Ciała naładowane ładunkami tego samego znaku odpychają się, a ciała o przeciwnych ładunkach przyciągają. Kiedy poruszają się naładowane ciała (zarówno ciała makroskopowe, jak i mikroskopijne naładowane cząstki przewodzące prąd elektryczny w przewodnikach), powstaje pole magnetyczne i zachodzą zjawiska, które pozwalają ustalić związek między elektrycznością a magnetyzmem (elektromagnetyzmem).

Elektrodynamika bada pole elektromagnetyczne w najbardziej ogólnym przypadku (tj. uwzględnia się pola zmienne zależne od czasu) i jego oddziaływanie z ciałami posiadającymi ładunek elektryczny. Elektrodynamika klasyczna uwzględnia jedynie ciągłe właściwości pola elektromagnetycznego.

Elektrodynamika kwantowa bada pola elektromagnetyczne posiadające właściwości nieciągłe (dyskretne), których nośnikami są kwanty pola – fotony. Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z naładowanymi cząstkami jest rozpatrywane w elektrodynamice kwantowej jako absorpcja i emisja fotonów przez cząstki.

Warto zastanowić się, dlaczego pole magnetyczne pojawia się wokół przewodnika, przez który płynie prąd, lub wokół atomu, po którego orbitach poruszają się elektrony? Fakt jest taki " to, co dziś nazywa się elektrycznością, jest w rzeczywistości szczególnym stanem pola septonowego , w procesach, w których najczęściej bierze udział elektron wraz z innymi jego dodatkowymi „składnikami” „(„PRIMODIUM ALLATRA FIZYKA” s. 90).

A toroidalny kształt pola magnetycznego zależy od natury jego pochodzenia. Jak mówi artykuł: „Biorąc pod uwagę wzorce fraktalne we Wszechświecie, a także fakt, że pole septonowe w świecie materialnym w obrębie 6 wymiarów jest podstawowym, jednolitym polem, na którym opierają się wszelkie interakcje znane współczesnej nauce, można postawić tezę, że wszystkie mają również formę Tory. A to stwierdzenie może mieć szczególne znaczenie naukowe dla współczesnych badaczy.”. Dlatego pole elektromagnetyczne zawsze będzie miało postać torusa, podobnie jak torus septona.

Rozważmy spiralę, przez którą przepływa prąd elektryczny i jak dokładnie powstaje jej pole elektromagnetyczne ( https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

Ryż. 2. Linie pola magnesu prostokątnego

Ryż. 3. Linie pola spirali z prądem

Ryż. 4. Linie pól poszczególnych odcinków spirali

Ryż. 5. Analogia pomiędzy liniami pola spirali i atomami z elektronami orbitalnymi

Ryż. 6. Oddzielny fragment spirali i atom z liniami sił

WNIOSEK: ludzkość nie poznała jeszcze tajemnic tajemniczego zjawiska elektryczności.

Piotr Totow

Słowa kluczowe: PIERWOTNA FIZYKA ALLATRA, prąd elektryczny, elektryczność, natura elektryczności, ładunek elektryczny, pole elektromagnetyczne, mechanika kwantowa, elektron.

Literatura:

Nowe. A., Ezoosmos, K.: LOTOS, 2013. – 312 s. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

Raport „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” międzynarodowej grupy naukowców Międzynarodowego Ruchu Społecznego „ALLATRA”, wyd. Anastazja Nowych, 2015;

Bez podstawowej wiedzy na temat elektryczności trudno wyobrazić sobie, jak działają urządzenia elektryczne, dlaczego w ogóle działają, dlaczego trzeba podłączyć telewizor, aby działał i dlaczego latarka potrzebuje tylko małej baterii, aby świecić w ciemności .

I tak zrozumiemy wszystko w porządku.

Elektryczność

Elektryczność to zjawisko naturalne potwierdzające istnienie, oddziaływanie i ruch ładunków elektrycznych. Energię elektryczną odkryto po raz pierwszy już w VII wieku p.n.e. Grecki filozof Tales. Tales zauważył, że pocierając kawałek bursztynu o wełnę, zaczyna on przyciągać lekkie przedmioty. Bursztyn w starożytnej Grecji to elektron.

Tak wyobrażam sobie Talesa siedzącego i pocierającego swoją himation kawałkiem bursztynu (jest to wełniana odzież wierzchnia starożytnych Greków), a potem ze zdziwieniem przygląda się, jak przyciągają się włosy, skrawki nici, pióra i skrawki papieru do bursztynu.

Zjawisko to nazywa się elektryczność statyczna. Możesz powtórzyć to doświadczenie. Aby to zrobić, potrzyj dokładnie zwykłą plastikową linijkę wełnianą szmatką i przyłóż ją do małych kawałków papieru.

Należy zauważyć, że zjawisko to nie było badane przez długi czas. I dopiero w 1600 roku w swoim eseju „O magnesie, ciałach magnetycznych i wielkim magnesie - Ziemi” angielski przyrodnik William Gilbert wprowadził termin elektryczność. W swojej pracy opisał swoje eksperymenty z obiektami naelektryzowanymi, a także ustalił, że inne substancje mogą zostać naelektryzowane.

Następnie przez trzy stulecia najbardziej zaawansowani naukowcy świata badali elektryczność, pisali traktaty, formułowali prawa, wynaleźli maszyny elektryczne i dopiero w 1897 roku Joseph Thomson odkrył pierwszy materialny nośnik elektryczności – elektron, cząstkę wykonującą procesy elektryczne w możliwe substancje.

Elektron– jest to cząstka elementarna, ma ładunek ujemny w przybliżeniu równy -1.602·10 -19 Cl (wisior). Wyznaczony mi Lub e –.

Napięcie

Aby naładowane cząstki mogły przemieszczać się z jednego bieguna na drugi, konieczne jest utworzenie się pomiędzy biegunami potencjalna różnica Lub - Napięcie. Jednostka napięcia – Wolt (W Lub V). We wzorach i obliczeniach napięcie jest oznaczone literą V . Aby uzyskać napięcie 1 V, należy przenieść ładunek 1 C pomiędzy bieguny, wykonując przy tym pracę 1 J (dżul).

Dla jasności wyobraźmy sobie zbiornik na wodę umieszczony na określonej wysokości. Ze zbiornika wychodzi rura. Woda pod naturalnym ciśnieniem opuszcza zbiornik rurą. Umówmy się, że woda jest ładunek elektryczny, wysokość słupa wody (ciśnienie) wynosi Napięcie, a prędkość przepływu wody wynosi Elektryczność.

Zatem im więcej wody w zbiorniku, tym wyższe ciśnienie. Podobnie z elektrycznego punktu widzenia, im większy ładunek, tym wyższe napięcie.

Zacznijmy spuszczać wodę, ciśnienie spadnie. Te. Poziom naładowania spada - napięcie maleje. Zjawisko to można zaobserwować w latarce; żarówka staje się ciemniejsza w miarę wyczerpywania się baterii. Należy pamiętać, że im niższe ciśnienie wody (napięcie), tym niższy przepływ wody (prąd).

Elektryczność

Elektryczność to fizyczny proces ukierunkowanego ruchu naładowanych cząstek pod wpływem pola elektromagnetycznego z jednego bieguna zamkniętego obwodu elektrycznego na drugi. Cząstki przenoszące ładunek mogą obejmować elektrony, protony, jony i dziury. Bez obwodu zamkniętego nie ma prądu. Cząstki zdolne do przenoszenia ładunków elektrycznych nie występują we wszystkich substancjach; nazywa się je cząstkami, w których występują dyrygenci I półprzewodniki. A substancje, w których nie ma takich cząstek - dielektryki.

Aktualna jednostka – Amper (A). We wzorach i obliczeniach aktualna siła jest oznaczona literą I . Prąd o natężeniu 1 ampera powstaje, gdy ładunek o wartości 1 kulomba (6,241·10 18 elektronów) przepływa przez punkt obwodu elektrycznego w ciągu 1 sekundy.

Spójrzmy jeszcze raz na naszą analogię woda-elektryczność. Dopiero teraz weźmy dwa zbiorniki i napełnijmy je równą ilością wody. Różnica pomiędzy zbiornikami polega na średnicy rury wylotowej.

Odkręćmy krany i upewnijmy się, że przepływ wody z lewego zbiornika jest większy (średnica rury jest większa) niż z prawego. To doświadczenie jest wyraźnym dowodem na zależność prędkości przepływu od średnicy rury. Spróbujmy teraz wyrównać oba przepływy. W tym celu należy dodać wodę (wsad) do prawego zbiornika. Spowoduje to zwiększenie ciśnienia (napięcia) i zwiększenie natężenia przepływu (prądu). W obwodzie elektrycznym odgrywana jest średnica rury opór.

Przeprowadzone eksperymenty wyraźnie pokazują związek pomiędzy Napięcie, wstrząs elektryczny I opór. Nieco później porozmawiamy więcej o oporze, ale teraz jeszcze kilka słów o właściwościach prądu elektrycznego.

Jeśli napięcie nie zmienia swojej polaryzacji z plusa na minus, a prąd płynie w jednym kierunku, to tak jest DC i odpowiednio stałe ciśnienie. Jeśli źródło napięcia zmieni swoją polaryzację i prąd popłynie najpierw w jednym kierunku, a potem w drugim, to już jest prąd przemienny I Napięcie prądu przemiennego. Wartości maksymalne i minimalne (pokazane na wykresie jako Io ) - Ten amplituda lub szczytowe wartości prądu. W gniazdkach domowych napięcie zmienia swoją polaryzację 50 razy na sekundę, tj. prąd oscyluje tu i ówdzie, okazuje się, że częstotliwość tych oscylacji wynosi 50 Hz, w skrócie 50 Hz. W niektórych krajach, na przykład w USA, częstotliwość wynosi 60 Hz.

Opór

Opór elektryczny– wielkość fizyczna określająca właściwość przewodnika polegającą na utrudnianiu (przeciwstawianiu się) przepływowi prądu. Jednostka oporu – Om(oznaczone Om lub grecka litera omega Ω ). We wzorach i obliczeniach opór jest oznaczony literą R . Przewodnik ma rezystancję 1 oma, do biegunów którego przyłożone jest napięcie 1 V i przez który przepływa prąd o natężeniu 1 A.

Przewodniki przewodzą prąd w różny sposób. Ich przewodność zależy przede wszystkim od materiału przewodnika, a także od przekroju i długości. Im większy przekrój, tym wyższa przewodność, ale im większa długość, tym niższa przewodność. Opór jest odwrotną koncepcją przewodności.

Na przykładzie modelu instalacji wodno-kanalizacyjnej opór można przedstawić jako średnicę rury. Im jest mniejszy, tym gorsza przewodność i wyższy opór.

Opór przewodnika objawia się na przykład nagrzewaniem przewodnika podczas przepływu przez niego prądu. Co więcej, im większy prąd i mniejszy przekrój przewodnika, tym silniejsze nagrzewanie.

Moc

Energia elektryczna jest wielkością fizyczną określającą szybkość konwersji energii elektrycznej. Na przykład nie raz słyszałeś: „żarówka ma tyle watów”. Jest to moc pobierana przez żarówkę w jednostce czasu pracy, tj. zamiana jednego rodzaju energii na inny przy określonej prędkości.

Źródła energii elektrycznej, takie jak generatory, również charakteryzują się mocą, ale już wygenerowaną w jednostce czasu.

Jednostka mocy - Wat(oznaczone W Lub W). We wzorach i obliczeniach moc jest oznaczona literą P . W przypadku obwodów prądu przemiennego używa się tego terminu Pełna moc, jednostka - Woltampery (VA Lub V·A), oznaczony literą S .

I wreszcie o Obwód elektryczny. Obwód ten to pewien zestaw elementów elektrycznych zdolnych do przewodzenia prądu elektrycznego i odpowiednio połączonych.

To, co widzimy na tym obrazku, to podstawowe urządzenie elektryczne (latarka). Pod napięciem U(B) źródło energii elektrycznej (baterie) poprzez przewodniki i inne elementy o różnej rezystancji 4,59 (220 głosów)

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 oddzielają się od ich atomów i tworzą się 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 nie będzie płynął żaden prąd. 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 rzeczy.

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 nazywany jest 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. Ale jeśli dodamy do wody trochę 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 ma płynąć prąd elektryczny.

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

• termiczny;
• chemiczny;
• fizyczny.

Użyteczne

(przewodnictwo elektronowo-dziurowe). Czasami prąd elektryczny nazywany jest również prądem przemieszczenia, który powstaje w wyniku zmiany pola elektrycznego w czasie.

Prąd elektryczny ma następujące objawy:

Encyklopedyczny YouTube

1 / 5

✪ PRĄD ELEKTRYCZNY siła prądu FIZYKA 8 klasa

✪ Prąd elektryczny

✪ #9 Prąd elektryczny i elektrony

✪ Co to jest prąd elektryczny [Amatorskie Radio TV 2]

✪ CO SIĘ DZIEJE W PRZYPADKU PORAŻENIA PRĄDEM

Napisy na filmie obcojęzycznym

Klasyfikacja

Jeśli naładowane cząstki poruszają się wewnątrz ciał makroskopowych względem określonego ośrodka, wówczas taki prąd nazywa się elektrycznym prąd przewodzenia. Jeśli poruszają się makroskopowe naładowane ciała (na przykład naładowane krople deszczu), wówczas prąd ten nazywany jest konwekcja .

Istnieją prądy stałe i zmienne, a także różne rodzaje prądu przemiennego. W takich koncepcjach często pomija się słowo „elektryczny”.

• Prąd stały - prąd, którego kierunek i wielkość nie zmieniają się w czasie.

prądy wirowe

Prądy wirowe (prądy Foucaulta) to „zamknięte prądy elektryczne w masywnym przewodniku, które powstają, gdy zmienia się przenikający przez niego strumień magnetyczny”, dlatego prądy wirowe są prądami indukowanymi. Im szybciej zmienia się strumień magnetyczny, tym silniejsze są prądy wirowe. Prądy wirowe nie płyną w drutach określonymi ścieżkami, ale zamykając się w przewodniku, tworzą obwody wirowe.

Istnienie prądów wirowych prowadzi do efektu naskórkowości, czyli do tego, że przemienny prąd elektryczny i strumień magnetyczny rozchodzą się głównie w warstwie powierzchniowej przewodnika. Nagrzewanie przewodników przez prądy wirowe prowadzi do strat energii, szczególnie w rdzeniach cewek prądu przemiennego. Aby zmniejszyć straty energii spowodowane prądami wirowymi, wykorzystują podział obwodów magnetycznych prądu przemiennego na osobne płytki, odizolowane od siebie i umieszczone prostopadle do kierunku prądów wirowych, co ogranicza możliwe kontury ich torów i znacznie zmniejsza wielkość tych prądów. Przy bardzo wysokich częstotliwościach zamiast ferromagnesów w obwodach magnetycznych stosuje się magnetodielektryki, w których ze względu na bardzo dużą rezystancję praktycznie nie powstają prądy wirowe.

Charakterystyka

Historycznie rzecz biorąc, jest to przyjęte kierunek prądu pokrywa się z kierunkiem ruchu ładunków dodatnich w przewodniku. Co więcej, jeśli jedynymi nośnikami prądu są cząstki naładowane ujemnie (na przykład elektrony w metalu), wówczas kierunek prądu jest przeciwny do kierunku ruchu naładowanych cząstek. .

Prędkość dryfu elektronów

Oporność na promieniowanie wynika z powstawania fal elektromagnetycznych wokół przewodnika. Opór ten zależy w sposób kompleksowy od kształtu i rozmiaru przewodnika oraz od długości emitowanej fali. Dla pojedynczego przewodnika prostego, w którym wszędzie prąd ma ten sam kierunek i siłę, a którego długość L jest znacznie mniejsza od długości emitowanej przez niego fali elektromagnetycznej λ (\ displaystyle \ lambda), zależność rezystancji od długości fali i przewodnika jest stosunkowo prosta:

Najczęściej używany prąd elektryczny o standardowej częstotliwości 50 Hz odpowiada fali o długości około 6 tysięcy kilometrów, dlatego moc promieniowania jest zwykle znikoma w porównaniu z mocą strat cieplnych. Jednakże wraz ze wzrostem częstotliwości prądu długość emitowanej fali maleje, a moc promieniowania odpowiednio wzrasta. Przewodnik zdolny do emitowania zauważalnej energii nazywa się anteną.

Częstotliwość

Pojęcie częstotliwości odnosi się do prądu przemiennego, który okresowo zmienia siłę i/lub kierunek. Obejmuje to również najczęściej używany prąd, który zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym.

Okres prądu przemiennego to najkrótszy okres czasu (wyrażony w sekundach), przez który powtarzają się zmiany prądu (i napięcia). Liczba okresów wykonywanych przez prąd w jednostce czasu nazywana jest częstotliwością. Częstotliwość mierzy się w hercach, przy czym jeden herc (Hz) odpowiada jednemu cyklowi na sekundę.

Prąd polaryzacji

Czasami dla wygody wprowadza się pojęcie prądu przemieszczenia. W równaniach Maxwella prąd przemieszczenia występuje na równi z prądem wywołanym ruchem ładunków. Natężenie pola magnetycznego zależy od całkowitego prądu elektrycznego, równego sumie prądu przewodzenia i prądu przemieszczenia. Z definicji gęstość prądu polaryzacji jot re → (\ displaystyle (\ vec (j_ (D))))- wielkość wektora proporcjonalna do szybkości zmian pola elektrycznego mi → (\ displaystyle (\ vec (E))) w samą porę:

Faktem jest, że gdy zmienia się pole elektryczne, a także gdy przepływa prąd, generowane jest pole magnetyczne, co upodabnia te dwa procesy do siebie. Ponadto zmianie pola elektrycznego zwykle towarzyszy transfer energii. Na przykład podczas ładowania i rozładowywania kondensatora, pomimo tego, że nie ma ruchu naładowanych cząstek pomiędzy jego płytkami, mówi się o przepływającym przez niego prądzie przemieszczenia, przekazującym część energii i zamykającym obwód elektryczny w unikalny sposób. Prąd polaryzacji ja re (\ displaystyle I_ (D)) w kondensatorze określa się według wzoru:

Gdzie Q (\ displaystyle Q)- ładunek na płytkach kondensatora, U (\ displaystyle U)- różnica potencjałów pomiędzy płytkami, C (\ displaystyle C)- pojemność kondensatora.

Prąd przemieszczenia nie jest prądem elektrycznym, ponieważ nie jest związany z ruchem ładunku elektrycznego.

Główne typy przewodników

W przeciwieństwie do dielektryków przewodniki zawierają swobodne nośniki nieskompensowanych ładunków, które pod wpływem siły, zwykle różnicy potencjałów elektrycznych, poruszają się i wytwarzają prąd elektryczny. Najważniejszą cechą przewodnika jest charakterystyka prądowo-napięciowa (zależność prądu od napięcia). W przypadku przewodników metalowych i elektrolitów ma najprostszą postać: natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do napięcia (prawo Ohma).

Metale – tutaj nośnikami prądu są elektrony przewodzące, które zwykle uważane są za gaz elektronowy, wyraźnie wykazujący właściwości kwantowe gazu zdegenerowanego.

Plazma jest zjonizowanym gazem. Ładunek elektryczny przenoszony jest przez jony (dodatnie i ujemne) oraz wolne elektrony, które powstają pod wpływem promieniowania (ultrafioletowego, rentgenowskiego i innych) i (lub) ogrzewania.

Elektrolity to „płynne lub stałe substancje i układy, w których jony występują w dowolnym zauważalnym stężeniu, powodując przepływ prądu elektrycznego”. Jony powstają w procesie dysocjacji elektrolitycznej. Po podgrzaniu opór elektrolitów zmniejsza się ze względu na wzrost liczby cząsteczek rozkładanych na jony. W wyniku przepływu prądu przez elektrolit jony zbliżają się do elektrod i ulegają neutralizacji, osadzając się na nich. Prawa elektrolizy Faradaya określają masę substancji uwolnionej na elektrodach.

Istnieje również prąd elektryczny elektronów w próżni, który jest stosowany w urządzeniach wykorzystujących wiązkę elektronów.

Prądy elektryczne w przyrodzie

Prąd elektryczny służy jako nośnik sygnałów o różnym stopniu złożoności i rodzaju w różnych obszarach (telefon, radio, panel sterowania, przycisk zamka drzwi itp.).

W niektórych przypadkach pojawiają się niepożądane prądy elektryczne, takie jak prądy błądzące lub prądy zwarciowe.

Wykorzystanie prądu elektrycznego jako nośnika energii

• pozyskiwanie energii mechanicznej we wszelkiego rodzaju silnikach elektrycznych,
• pozyskiwanie energii cieplnej w urządzeniach grzewczych, piecach elektrycznych, podczas spawania elektrycznego,
• pozyskiwanie energii świetlnej w urządzeniach oświetleniowych i sygnalizacyjnych,
• wzbudzenie drgań elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości, ultrawysokiej częstotliwości i fal radiowych,
• odbieranie dźwięku,
• otrzymywanie różnych substancji poprzez elektrolizę, ładowanie akumulatorów elektrycznych. Tutaj energia elektromagnetyczna jest przekształcana w energię chemiczną,
• wytwarzanie pola magnetycznego (w elektromagnesach).

Zastosowanie prądu elektrycznego w medycynie

• diagnostyka - bioprądy zdrowych i chorych narządów są różne, można określić chorobę, jej przyczyny i zalecić leczenie. Dział fizjologii zajmujący się badaniem zjawisk elektrycznych w organizmie nazywa się elektrofizjologią.
  • Elektroencefalografia to metoda badania stanu funkcjonalnego mózgu.
  • Elektrokardiografia to technika rejestrowania i badania pól elektrycznych podczas pracy serca.
  • Elektrogastrografia to metoda badania aktywności motorycznej żołądka.
  • Elektromiografia to metoda badania potencjałów bioelektrycznych powstających w mięśniach szkieletowych.
• Leczenie i resuscytacja: stymulacja elektryczna określonych obszarów mózgu; leczeniu choroby Parkinsona i padaczki, także do elektroforezy. W przypadku bradykardii i innych zaburzeń rytmu serca stosuje się rozrusznik stymulujący mięsień sercowy prądem pulsacyjnym.

bezpieczeństwo elektryczne

Obejmuje środki prawne, społeczno-ekonomiczne, organizacyjno-techniczne, sanitarno-higieniczne, leczniczo-profilaktyczne, rehabilitacyjne i inne. Zasady bezpieczeństwa elektrycznego regulują dokumenty prawne i techniczne, ramy regulacyjne i techniczne. Znajomość podstaw bezpieczeństwa elektrycznego jest obowiązkowa dla personelu obsługującego instalacje elektryczne i urządzenia elektryczne. Ciało ludzkie jest przewodnikiem prądu elektrycznego. Opór człowieka przy suchej i nieuszkodzonej skórze wynosi od 3 do 100 kOhm.

Prąd przepływający przez ciało człowieka lub zwierzęcia powoduje następujące skutki:

• termiczne (oparzenia, rozgrzanie i uszkodzenie naczyń krwionośnych);
• elektrolityczny (rozkład krwi, zaburzenie składu fizycznego i chemicznego);
• biologiczne (podrażnienie i pobudzenie tkanek ciała, drgawki)
• mechaniczne (rozrywanie naczyń krwionośnych pod wpływem ciśnienia pary powstałej w wyniku ogrzewania przez przepływającą krew)

Głównym czynnikiem decydującym o wyniku porażenia prądem elektrycznym jest ilość prądu przepływającego przez ciało człowieka. Zgodnie z przepisami bezpieczeństwa prąd elektryczny dzieli się na:

• bezpieczna uwzględnia się prąd, którego długi przepływ przez organizm człowieka nie powoduje mu szkody i nie powoduje żadnych odczuć, jego wartość nie przekracza 50 μA (prąd przemienny 50 Hz) i 100 μA prąd stały;
• minimalnie zauważalne ludzki prąd przemienny wynosi około 0,6-1,5 mA (prąd przemienny 50 Hz), a prąd stały 5-7 mA;
• próg nie odpuszczać nazywany jest prądem minimalnym o takiej sile, że człowiek nie jest już w stanie siłą woli oderwać rąk od części przewodzącej prąd. Dla prądu przemiennego jest to około 10-15 mA, dla prądu stałego 50-80 mA;
• próg migotania nazywany prądem zmiennym (50 Hz) o natężeniu około 100 mA i prądzie stałym 300 mA, na działanie którego czas dłuższy niż 0,5 s może spowodować migotanie mięśnia sercowego. Próg ten jest również uważany za warunkowo śmiertelny dla ludzi.

W Rosji, zgodnie z Zasadami technicznej eksploatacji instalacji elektrycznych konsumentów oraz Zasadami ochrony pracy podczas eksploatacji instalacji elektrycznych, utworzono 5 grup kwalifikacyjnych w zakresie bezpieczeństwa elektrycznego, w zależności od kwalifikacji i doświadczenia pracownika i napięcie instalacji elektrycznych.