Jika terdapat pembawa cas percuma dalam mana-mana medium (contohnya, elektron dalam logam), maka mereka tidak diam, tetapi bergerak secara rawak. Tetapi anda boleh membuat elektron bergerak secara teratur dalam arah tertentu. Pergerakan terarah zarah bercas ini dipanggil arus elektrik.
Kandungan
Bagaimana arus elektrik dijana
Jika kita mengambil dua konduktor, dan satu daripadanya dicas negatif (menambah elektron padanya), dan satu lagi dicas secara positif (mengambil sebahagian daripada elektron daripadanya), medan elektrik akan timbul. Jika anda menyambungkan kedua-dua elektrod dengan konduktor, medan akan memaksa elektron bergerak ke arah yang bertentangan dengan vektor medan elektrik, mengikut arah vektor daya elektrik. Zarah bercas negatif akan bergerak dari elektrod di mana ia berlebihan ke elektrod di mana ia kekurangan.
Untuk berlakunya pergerakan elektron, ia tidak perlu untuk memberikan cas positif kepada elektrod kedua. Perkara utama ialah caj negatif yang pertama lebih tinggi. Ia juga mungkin untuk mengecas kedua-dua konduktor secara negatif, tetapi satu konduktor mesti mempunyai cas yang lebih besar daripada yang lain. Dalam kes ini, seseorang bercakap tentang perbezaan potensi yang menyebabkan arus elektrik.
Dengan analogi dengan air, jika anda menyambungkan dua bejana yang diisi dengan air ke paras yang berbeza, aliran air akan muncul. Tekanannya akan bergantung pada perbezaan tahap.
Adalah menarik bahawa gerakan huru-hara elektron di bawah tindakan medan elektrik secara amnya dipelihara, tetapi vektor umum gerakan jisim pembawa cas memperoleh watak terarah. Jika komponen gerakan "huru-hara" mempunyai kelajuan beberapa puluh atau bahkan ratusan kilometer sesaat, maka komponen arah adalah beberapa milimeter seminit. Tetapi kesan (apabila elektron bergerak sepanjang konduktor) merambat pada kelajuan cahaya, jadi mereka mengatakan bahawa arus elektrik bergerak pada kelajuan 3 * 108 m/saat
Dalam rangka eksperimen di atas, arus dalam konduktor tidak akan wujud lama - sehingga elektron berlebihan dalam konduktor bercas negatif kehabisan, dan bilangannya di kedua-dua kutub tidak seimbang. Masa ini adalah kecil - pecahan tidak ketara sesaat.
Kembali ke elektrod bercas negatif pada mulanya dan mencipta lebihan cas pada pembawa tidak memberikan medan elektrik yang sama yang menggerakkan elektron dari tolak ke tambah. Oleh itu, mesti ada daya luaran yang bertindak terhadap kekuatan medan elektrik dan mengatasinya.Sama seperti air, mesti ada pam yang mengepam air kembali ke aras atas untuk mencipta aliran air yang berterusan.
Arah semasa
Arah dari tambah ke tolak diambil sebagai arah arus, iaitu arah pergerakan zarah bercas positif adalah bertentangan dengan pergerakan elektron. Ini disebabkan oleh fakta bahawa fenomena arus elektrik ditemui lebih awal daripada penjelasan sifatnya diterima, dan dipercayai bahawa arus pergi ke arah ini. Pada masa itu, sejumlah besar artikel dan literatur lain mengenai topik ini telah terkumpul, konsep, definisi dan undang-undang muncul. Untuk tidak menyemak sejumlah besar bahan yang telah diterbitkan, kami hanya mengambil arah arus melawan aliran elektron.
Jika arus mengalir sepanjang masa dalam satu arah (walaupun berubah dalam kekuatan), ia dipanggil arus terus. Jika arahnya berubah, maka kita bercakap tentang arus ulang alik. Dalam aplikasi praktikal, arah berubah mengikut beberapa undang-undang, contohnya, mengikut satu sinusoidal. Jika arah aliran semasa kekal tidak berubah, tetapi ia secara berkala turun kepada sifar dan meningkat kepada nilai maksimum, maka kita bercakap tentang arus berdenyut (dari pelbagai bentuk).
Syarat yang diperlukan untuk mengekalkan arus elektrik dalam litar
Tiga syarat untuk kewujudan arus elektrik dalam litar tertutup diperolehi di atas. Mereka perlu dipertimbangkan dengan lebih terperinci.
Pembawa caj percuma
Syarat pertama yang diperlukan untuk kewujudan arus elektrik ialah kehadiran pembawa cas percuma. Caj tidak wujud secara berasingan daripada pembawanya, jadi perlu mempertimbangkan zarah yang boleh membawa caj.
Dalam logam dan bahan lain dengan jenis kekonduksian yang serupa (grafit, dll.), ini adalah elektron bebas. Mereka lemah berinteraksi dengan nukleus, dan boleh meninggalkan atom dan bergerak secara relatif tanpa halangan di dalam konduktor.
Elektron bebas juga berfungsi sebagai pembawa cas dalam semikonduktor, tetapi dalam beberapa kes mereka bercakap tentang kekonduksian "lubang" kelas pepejal ini (berbanding dengan "elektronik"). Konsep ini hanya diperlukan untuk menggambarkan proses fizikal, sebenarnya, arus dalam semikonduktor adalah pergerakan elektron yang sama. Bahan di mana elektron tidak boleh meninggalkan atom ialah dielektrik. Tiada arus di dalamnya.
Dalam cecair, ion positif dan negatif membawa cas. Ini merujuk kepada cecair - elektrolit. Sebagai contoh, air di mana garam dibubarkan. Dengan sendirinya, air secara elektrik agak neutral, tetapi apabila bahan pepejal dan cecair memasukinya, mereka larut dan terurai (terurai) untuk membentuk ion positif dan negatif. Dan dalam logam cair (contohnya, dalam merkuri), pembawa cas adalah elektron yang sama.
Gas kebanyakannya dielektrik. Tiada elektron bebas di dalamnya - gas terdiri daripada atom dan molekul neutral. Tetapi jika gas terion, mereka bercakap tentang keadaan keempat pengagregatan jirim - plasma. Arus elektrik juga boleh mengalir di dalamnya, ia berlaku semasa pergerakan elektron dan ion yang diarahkan.
Juga, arus boleh mengalir dalam vakum (tindakan, sebagai contoh, tiub vakum adalah berdasarkan prinsip ini). Ini akan memerlukan elektron atau ion.
Medan elektrik
Walaupun terdapat pembawa cas percuma, kebanyakan media adalah neutral elektrik. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa zarah negatif (elektron) dan positif (proton) terletak sama rata, dan medan mereka mengimbangi satu sama lain. Untuk sesuatu medan timbul, caj mesti tertumpu di beberapa kawasan. Jika elektron telah terkumpul di kawasan satu elektrod (negatif), maka akan terdapat kekurangannya pada elektrod yang bertentangan (positif), dan medan akan timbul yang mewujudkan daya yang bertindak pada pembawa cas dan memaksa mereka untuk bergerak.
Kuasa pihak ketiga untuk membawa pertuduhan
Dan syarat ketiga - mesti ada daya yang membawa cas ke arah yang bertentangan dengan arah medan elektrostatik, jika tidak, cas di dalam sistem tertutup akan cepat mengimbangi. Daya luar ini dipanggil daya gerak elektrik. Asal usulnya mungkin berbeza.
Sifat elektrokimia
Dalam kes ini, EMF timbul akibat daripada berlakunya tindak balas elektrokimia. Reaksi mungkin tidak dapat dipulihkan. Contohnya ialah sel galvanik - bateri yang terkenal. Selepas reagen habis, EMF turun kepada sifar, dan bateri "duduk".
Dalam kes lain, tindak balas mungkin boleh diterbalikkan. Jadi, dalam bateri, EMF juga berlaku akibat tindak balas elektrokimia. Tetapi apabila selesai, proses itu boleh disambung semula - di bawah pengaruh arus elektrik luaran, tindak balas akan berlaku dalam urutan terbalik, dan bateri akan bersedia untuk memberikan arus semula.
sifat fotovoltaik
Dalam kes ini, EMF disebabkan oleh tindakan sinaran kelihatan, ultraviolet atau inframerah pada proses dalam struktur semikonduktor. Daya sedemikian timbul dalam fotosel ("bateri solar").Di bawah tindakan cahaya, arus elektrik dijana dalam litar luar.
sifat termoelektrik
Jika anda mengambil dua konduktor yang berbeza, paterinya dan panaskan persimpangan, maka EMF akan muncul dalam litar kerana perbezaan suhu antara persimpangan panas (persimpangan konduktor) dan persimpangan sejuk - hujung bertentangan konduktor. Dengan cara ini, adalah mungkin bukan sahaja untuk menjana arus, tetapi juga mengukur suhu dengan mengukur emf yang muncul.
Sifat piezoelektrik
Berlaku apabila pepejal tertentu dimampatkan atau cacat. Pemetik api elektrik berfungsi berdasarkan prinsip ini.
Sifat elektromagnet
Cara paling biasa untuk menjana elektrik secara industri ialah dengan penjana DC atau AC. Dalam mesin DC, angker berbentuk bingkai berputar dalam medan magnet, melintasi garisan dayanya. Dalam kes ini, EMF timbul, bergantung pada kelajuan putaran pemutar dan fluks magnet. Dalam amalan, penambat digunakan daripada sebilangan besar lilitan, membentuk kepelbagaian bingkai bersambung siri. EMF yang timbul di dalamnya menambah.
AT alternator prinsip yang sama terpakai, tetapi magnet (elektrik atau kekal) berputar di dalam bingkai tetap. Hasil daripada proses yang sama dalam stator, EMF, yang mempunyai bentuk sinusoidal. Pada skala perindustrian, penjanaan AC hampir selalu digunakan - lebih mudah untuk menukarnya untuk pengangkutan dan kegunaan praktikal.
Sifat menarik penjana ialah kebolehbalikan.Ia terdiri daripada fakta bahawa jika voltan digunakan pada terminal penjana dari sumber luaran, pemutarnya akan mula berputar. Ini bermakna, bergantung pada skema sambungan, mesin elektrik boleh sama ada penjana atau motor elektrik.
Ini hanyalah konsep asas fenomena seperti arus elektrik. Malah, proses yang berlaku semasa pergerakan elektron terarah adalah lebih rumit. Untuk memahaminya, kajian elektrodinamik yang lebih mendalam diperlukan.
Artikel yang serupa:
