Hvis der er frie ladningsbærere i et hvilket som helst medium (for eksempel elektroner i et metal), så er de ikke i ro, men bevæger sig tilfældigt. Men du kan få elektronerne til at bevæge sig på en ordnet måde i en given retning. Denne rettede bevægelse af ladede partikler kaldes elektrisk strøm.
Indhold
Hvordan elektrisk strøm genereres
Hvis vi tager to ledere, og den ene af dem er ladet negativt (tilfører elektroner til den), og den anden er ladet positivt (tager nogle af elektronerne fra den), vil der opstå et elektrisk felt. Hvis du forbinder begge elektroder med en leder, vil feltet tvinge elektronerne til at bevæge sig i den modsatte retning af den elektriske feltvektor, i overensstemmelse med retningen af den elektriske kraftvektoren. Negativt ladede partikler vil bevæge sig fra elektroden, hvor de er i overskud, til elektroden, hvor de mangler.
For forekomsten af elektronbevægelse er det ikke nødvendigt at give en positiv ladning til den anden elektrode. Det vigtigste er, at den negative ladning af den første er højere. Det er endda muligt at lade begge ledere negativt, men den ene leder skal have en ladning større end den anden. I dette tilfælde taler man om en potentialforskel, der forårsager en elektrisk strøm.
Analogt med vand, hvis du forbinder to fartøjer fyldt med vand til forskellige niveauer, vil en strøm af vand vises. Dens tryk vil afhænge af forskellen i niveauer.
Det er interessant, at den kaotiske bevægelse af elektroner under påvirkning af et elektrisk felt generelt er bevaret, men den generelle bevægelsesvektor for massen af ladningsbærere får en rettet karakter. Hvis den "kaotiske" komponent af bevægelse har en hastighed på flere tiere eller endda hundredvis af kilometer i sekundet, så er retningskomponenten flere millimeter i minuttet. Men påvirkningen (når elektronerne bevæger sig langs lederens længde) forplanter sig med lysets hastighed, så de siger, at den elektriske strøm bevæger sig med en hastighed på 3 * 108 m/sek.
Inden for rammerne af ovenstående eksperiment vil strømmen i lederen ikke eksistere længe - indtil de overskydende elektroner i den negativt ladede leder løber ud, og deres antal ved begge poler ikke er afbalanceret. Denne tid er lille - ubetydelige brøkdele af et sekund.
At gå tilbage til den oprindeligt negativt ladede elektrode og skabe en overskydende ladning på bærerne giver ikke det samme elektriske felt, som flyttede elektronerne fra minus til plus. Derfor skal der være en ydre kraft, der virker mod styrken af det elektriske felt og overgår det.I lighed med vand skal der være en pumpe, der pumper vand tilbage til det øverste niveau for at skabe en kontinuerlig strøm af vand.
Nuværende retning
Retningen fra plus til minus tages som retningen af strømmen, det vil sige, at bevægelsesretningen af positivt ladede partikler er modsat bevægelsen af elektroner. Dette skyldes det faktum, at selve fænomenet elektrisk strøm blev opdaget meget tidligere, end der blev modtaget en forklaring på dens natur, og man troede, at strømmen går i denne retning. På det tidspunkt havde et stort antal artikler og anden litteratur om dette emne akkumuleret, begreber, definitioner og love dukket op. For ikke at revidere en enorm mængde allerede offentliggjort materiale tog vi simpelthen retningen af strømmen mod strømmen af elektroner.
Hvis strømmen hele tiden løber i én retning (selv skiftende i styrke), kaldes det jævnstrøm. Hvis dens retning ændres, så taler vi om vekselstrøm. I praktisk anvendelse ændres retningen ifølge en eller anden lov, for eksempel ifølge en sinusformet. Hvis retningen af strømstrømmen forbliver uændret, men den periodisk falder til nul og stiger til en maksimal værdi, taler vi om en pulseret strøm (af forskellige former).
Nødvendige betingelser for at opretholde elektrisk strøm i kredsløbet
Tre betingelser for eksistensen af en elektrisk strøm i et lukket kredsløb er afledt ovenfor. De skal overvejes mere detaljeret.
Gratis transportører
Den første nødvendige betingelse for eksistensen af en elektrisk strøm er tilstedeværelsen af gratis ladningsbærere. Ladninger eksisterer ikke adskilt fra deres bærere, så det er nødvendigt at overveje partikler, der kan bære en ladning.
I metaller og andre stoffer med en lignende type ledningsevne (grafit osv.) er disse frie elektroner. De interagerer svagt med kernen og kan forlade atomet og bevæge sig relativt uhindret inde i lederen.
Frie elektroner tjener også som ladningsbærere i halvledere, men i nogle tilfælde taler de om "hul"-ledningsevne for denne klasse af faste stoffer (i modsætning til "elektroniske"). Dette koncept er kun nødvendigt for at beskrive fysiske processer, faktisk er strømmen i halvledere den samme bevægelse af elektroner. Materialer, hvori elektroner ikke kan forlade atomet, er dielektrikum. Der er ingen strøm i dem.
I væsker bærer positive og negative ioner ladning. Dette refererer til væsker - elektrolytter. For eksempel vand, hvori salt er opløst. I sig selv er vand elektrisk ret neutralt, men når faste og flydende stoffer kommer ind i det, opløses de og opløses (nedbrydes) og danner positive og negative ioner. Og i smeltede metaller (for eksempel i kviksølv) er ladningsbærerne de samme elektroner.
Gasser er for det meste dielektriske stoffer. Der er ingen frie elektroner i dem - gasser består af neutrale atomer og molekyler. Men hvis gassen er ioniseret, taler de om den fjerde aggregeringstilstand af stof - plasma. En elektrisk strøm kan også strømme i den, den opstår under den rettede bevægelse af elektroner og ioner.
Også strøm kan flyde i et vakuum (virkningen af f.eks. vakuumrør er baseret på dette princip). Dette vil kræve elektroner eller ioner.
Elektrisk felt
På trods af tilstedeværelsen af gratis ladningsbærere er de fleste medier elektrisk neutrale. Dette forklares ved, at negative (elektroner) og positive (protoner) partikler er placeret jævnt, og deres felter kompenserer hinanden. For at en mark kan opstå, skal afgifterne koncentreres i et eller andet område. Hvis elektroner har samlet sig i området af én (negativ) elektrode, så vil der være mangel på dem på den modsatte (positive) elektrode, og der vil opstå et felt, der skaber en kraft, der virker på ladningsbærere og tvinger dem til at bevæge sig.
Tredjeparts magt til at bære sigtelser
Og den tredje betingelse - der skal være en kraft, der bærer ladninger i retning modsat retningen af det elektrostatiske felt, ellers vil ladningerne inde i det lukkede system hurtigt balancere. Denne uvedkommende kraft kaldes den elektromotoriske kraft. Dens oprindelse kan være anderledes.
Elektrokemisk natur
I dette tilfælde opstår EMF som følge af forekomsten af elektrokemiske reaktioner. Reaktioner kan være irreversible. Et eksempel er en galvanisk celle - et velkendt batteri. Efter at reagenserne er opbrugt, falder EMF til nul, og batteriet "sætter sig ned".
I andre tilfælde kan reaktioner være reversible. Så i et batteri opstår EMF også som et resultat af elektrokemiske reaktioner. Men efter afslutningen kan processen genoptages - under påvirkning af en ekstern elektrisk strøm vil reaktionerne foregå i omvendt rækkefølge, og batteriet vil igen være klar til at give strøm.
solcelle natur
I dette tilfælde er EMF forårsaget af virkningen af synlig, ultraviolet eller infrarød stråling på processer i halvlederstrukturer. Sådanne kræfter opstår i fotoceller ("solbatterier").Under påvirkning af lys genereres en elektrisk strøm i det eksterne kredsløb.
termoelektrisk natur
Hvis du tager to forskellige ledere, lodder dem og opvarmer krydset, så vil en EMF vises i kredsløbet på grund af temperaturforskellen mellem den varme forbindelse (ledernes kryds) og den kolde forbindelse - ledernes modsatte ender. På denne måde er det muligt ikke kun at generere strøm, men også måle temperaturen ved at måle den emerging emf.
Piezoelektrisk natur
Opstår, når visse faste stoffer komprimeres eller deformeres. En elektrisk lighter fungerer efter dette princip.
Elektromagnetisk natur
Den mest almindelige måde at generere elektricitet industrielt er med en DC- eller AC-generator. I en DC-maskine roterer et rammeformet anker i et magnetfelt og krydser dets kraftlinjer. I dette tilfælde opstår der en EMF, afhængigt af rotorens rotationshastighed og den magnetiske flux. I praksis anvendes et anker fra et stort antal vindinger, der danner en flerhed af serieforbundne rammer. EMF, der opstår i dem, tilføjer.
PÅ generator samme princip gælder, men en magnet (elektrisk eller permanent) roterer inde i den faste ramme. Som et resultat af de samme processer i statoren, EMF, som har en sinusformet form. I industriel skala bruges AC-generering næsten altid - det er lettere at konvertere det til transport og praktisk brug.
En interessant egenskab ved en generator er reversibilitet.Det består i, at hvis der påføres spænding til generatorterminalerne fra en ekstern kilde, vil dens rotor begynde at rotere. Det betyder, at den elektriske maskine afhængigt af tilslutningsskemaet kan være enten en generator eller en elektrisk motor.
Dette er blot de grundlæggende begreber for et sådant fænomen som elektrisk strøm. Faktisk er de processer, der opstår under den rettede bevægelse af elektroner, meget mere komplicerede. For at forstå dem kræves en dybere undersøgelse af elektrodynamik.
Lignende artikler:
