Ja jebkurā vidē ir brīvi lādiņnesēji (piemēram, elektroni metālā), tad tie neatrodas miera stāvoklī, bet gan pārvietojas nejauši. Bet jūs varat likt elektroniem kustēties sakārtotā veidā noteiktā virzienā. Šo lādēto daļiņu virzīto kustību sauc par elektrisko strāvu.
Saturs
Kā rodas elektriskā strāva
Ja ņemam divus vadītājus, un viens no tiem ir negatīvi uzlādēts (pievienojot tam elektronus), bet otrs ir uzlādēts pozitīvi (atņemot daļu elektronu no tā), radīsies elektriskais lauks. Ja savienosiet abus elektrodus ar vadītāju, lauks piespiedīs elektronus kustēties pretējā virzienā elektriskā lauka vektoram atbilstoši elektriskā spēka vektora virzienam. Negatīvi lādētas daļiņas pārvietosies no elektroda, kur to ir pārāk daudz, uz elektrodu, kur to trūkst.
Lai notiktu elektronu kustība, otrajam elektrodam nav nepieciešams piešķirt pozitīvu lādiņu. Galvenais, lai pirmajam negatīvais lādiņš būtu lielāks. Ir pat iespējams negatīvi uzlādēt abus vadītājus, taču vienam vadītājam ir jābūt lielākam par otru. Šajā gadījumā tiek runāts par potenciālu starpību, kas izraisa elektrisko strāvu.
Pēc analoģijas ar ūdeni, ja savienosiet divus ar ūdeni piepildītus traukus dažādos līmeņos, parādīsies ūdens straume. Tās spiediens būs atkarīgs no līmeņu atšķirības.
Interesanti, ka elektronu haotiskā kustība elektriskā lauka iedarbībā kopumā saglabājas, bet vispārējais lādiņnesēju masas kustības vektors iegūst virzītu raksturu. Ja kustības "haotiskās" sastāvdaļas ātrums ir vairāki desmiti vai pat simti kilometru sekundē, tad virziena komponente ir vairāki milimetri minūtē. Bet trieciens (kad elektroni pārvietojas pa vadītāja garumu) izplatās ar gaismas ātrumu, tāpēc viņi saka, ka elektriskā strāva pārvietojas ar ātrumu 3 * 108 m/sek.
Iepriekš minētā eksperimenta ietvaros strāva vadītājā nepastāvēs ilgi - kamēr negatīvi lādētajā vadītājā beigsies liekie elektroni un to skaits abos polos nebūs līdzsvarots. Šis laiks ir mazs – nenozīmīgas sekundes daļas.
Atgriežoties pie sākotnēji negatīvi lādētā elektroda un radot pārmērīgu lādiņu uz nesējiem, netiek iegūts tas pats elektriskais lauks, kas elektronus pārvietoja no mīnusa uz plusu. Tāpēc ir jābūt ārējam spēkam, kas iedarbojas pret elektriskā lauka stiprumu un pārspēj to.Līdzīgi kā ūdenim, ir jābūt sūknim, kas sūknē ūdeni atpakaļ uz augšējo līmeni, lai radītu nepārtrauktu ūdens plūsmu.
Pašreizējais virziens
Virziens no plusa uz mīnusu tiek pieņemts kā strāvas virziens, tas ir, pozitīvi lādētu daļiņu kustības virziens ir pretējs elektronu kustībai. Tas ir saistīts ar faktu, ka pati elektriskās strāvas parādība tika atklāta daudz agrāk, nekā tika saņemts skaidrojums par tās būtību, un tika uzskatīts, ka strāva iet šajā virzienā. Līdz tam laikam bija sakrājies liels skaits rakstu un citas literatūras par šo tēmu, parādījās jēdzieni, definīcijas un likumi. Lai nepārskatītu milzīgu daudzumu jau publicēto materiālu, mēs vienkārši paņēmām strāvas virzienu pret elektronu plūsmu.
Ja strāva visu laiku plūst vienā virzienā (pat mainot stiprumu), to sauc līdzstrāva. Ja tā virziens mainās, tad mēs runājam par maiņstrāvu. Praktiskā pielietojumā virziens mainās saskaņā ar kādu likumu, piemēram, pēc sinusoidāla. Ja strāvas plūsmas virziens paliek nemainīgs, bet tas periodiski nokrītas līdz nullei un palielinās līdz maksimālajai vērtībai, tad runa ir par impulsu strāvu (dažādu formu).
Nepieciešamie nosacījumi elektriskās strāvas uzturēšanai ķēdē
Iepriekš ir atvasināti trīs nosacījumi elektriskās strāvas pastāvēšanai slēgtā ķēdē. Tie ir jāapsver sīkāk.
Bezmaksas maksas nesēji
Pirmais nepieciešamais nosacījums elektriskās strāvas pastāvēšanai ir brīvo lādiņnesēju klātbūtne. Lādiņi nepastāv atsevišķi no to nesējiem, tāpēc ir jāņem vērā daļiņas, kas var pārvadāt lādiņu.
Metālos un citās vielās ar līdzīgu vadītspēju (grafīts utt.) Tie ir brīvie elektroni. Tie vāji mijiedarbojas ar kodolu un var atstāt atomu un relatīvi netraucēti pārvietoties vadītāja iekšpusē.
Brīvie elektroni kalpo arī kā lādiņu nesēji pusvadītājos, taču dažos gadījumos tie runā par šīs cieto vielu klases "caurumu" vadītspēju (pretstatā "elektroniskajai"). Šis jēdziens ir vajadzīgs tikai, lai aprakstītu fiziskus procesus, patiesībā strāva pusvadītājos ir tāda pati elektronu kustība. Materiāli, kuros elektroni nevar atstāt atomu, ir dielektriķi. Tajos nav strāvas.
Šķidrumos pozitīvie un negatīvie joni nes lādiņu. Tas attiecas uz šķidrumiem - elektrolītiem. Piemēram, ūdens, kurā ir izšķīdināta sāls. Pats par sevi ūdens ir elektriski diezgan neitrāls, bet, nonākot tajā cietām un šķidrām vielām, tās izšķīst un sadalās (sadalās), veidojot pozitīvus un negatīvus jonus. Un izkausētajos metālos (piemēram, dzīvsudrabā) lādiņu nesēji ir tie paši elektroni.
Gāzes galvenokārt ir dielektriķi. Tajos nav brīvu elektronu – gāzes sastāv no neitrāliem atomiem un molekulām. Bet, ja gāze ir jonizēta, viņi runā par ceturto matērijas agregācijas stāvokli - plazmu. Tajā var plūst arī elektriskā strāva, tā rodas elektronu un jonu virzītas kustības laikā.
Arī strāva var plūst vakuumā (piemēram, vakuuma cauruļu darbība ir balstīta uz šo principu). Tam būs nepieciešami elektroni vai joni.
Elektriskais lauks
Neskatoties uz brīvo lādiņu nesēju klātbūtni, lielākā daļa datu nesēju ir elektriski neitrāli. Tas izskaidrojams ar to, ka negatīvās (elektroni) un pozitīvās (protoni) daļiņas atrodas vienmērīgi, un to lauki kompensē viens otru. Lai lauks rastos, lādiņiem jābūt koncentrētiem kādā apgabalā. Ja elektroni ir uzkrājušies viena (negatīvā) elektroda apgabalā, tad uz pretējā (pozitīvā) elektroda to pietrūks, un radīsies lauks, kas rada spēku, kas iedarbojas uz lādiņnesējiem un liek tiem kustēties.
Trešās puses spēks izvirzīt apsūdzības
Un trešais nosacījums – ir jābūt spēkam, kas nes lādiņus virzienā, kas ir pretējs elektrostatiskā lauka virzienam, pretējā gadījumā lādiņi slēgtās sistēmas iekšienē ātri balansēsies. Šo svešo spēku sauc par elektromotora spēku. Tās izcelsme var būt atšķirīga.
Elektroķīmiskā daba
Šajā gadījumā EML rodas elektroķīmisko reakciju rezultātā. Reakcijas var būt neatgriezeniskas. Piemērs ir galvaniskais elements - plaši pazīstams akumulators. Pēc tam, kad reaģenti ir izsmelti, EMF nokrītas līdz nullei, un akumulators "apsēžas".
Citos gadījumos reakcijas var būt atgriezeniskas. Tātad akumulatorā EML rodas arī elektroķīmisko reakciju rezultātā. Bet pēc pabeigšanas procesu var atsākt - ārējās elektriskās strāvas ietekmē reakcijas notiks apgrieztā secībā, un akumulators atkal būs gatavs dot strāvu.
fotoelementu daba
Šajā gadījumā EML izraisa redzamā, ultravioletā vai infrasarkanā starojuma iedarbība uz procesiem pusvadītāju struktūrās. Šādi spēki rodas fotoelementos (“saules baterijās”).Gaismas iedarbībā ārējā ķēdē tiek ģenerēta elektriskā strāva.
termoelektrisks raksturs
Ja ņemat divus atšķirīgus vadītājus, pielodējat tos un sildat savienojumu, tad ķēdē parādīsies EML temperatūras starpības dēļ starp karsto savienojumu (vadītāju krustojumu) un auksto savienojumu - vadītāju pretējiem galiem. Tādā veidā ir iespējams ne tikai ģenerēt strāvu, bet arī izmērīt temperatūru mērot topošo emf.
Pjezoelektriskā daba
Rodas, kad noteiktas cietas vielas tiek saspiestas vai deformētas. Elektriskā šķiltavas darbojas pēc šī principa.
Elektromagnētiskā daba
Visizplatītākais veids, kā rūpnieciski ražot elektroenerģiju, ir līdzstrāvas vai maiņstrāvas ģenerators. Līdzstrāvas mašīnā rāmja formas armatūra griežas magnētiskajā laukā, šķērsojot tās spēka līnijas. Šajā gadījumā EML rodas atkarībā no rotora griešanās ātruma un magnētiskās plūsmas. Praksē enkurs tiek izmantots no liela skaita pagriezienu, veidojot virkni savienotu rāmju virkni. Tajos radušās EML summējas.
AT ģenerators tas pats princips, bet magnēts (elektrisks vai pastāvīgs) griežas fiksētā rāmja iekšpusē. Tādu pašu procesu rezultātā statorā, EMF, kam ir sinusoidāla forma. Rūpnieciskā mērogā gandrīz vienmēr tiek izmantota maiņstrāvas paaudze - to ir vieglāk pārveidot transportēšanai un praktiskai lietošanai.
Interesants ģeneratora īpašums ir atgriezeniskums.Tas sastāv no tā, ka, ja ģeneratora spailēm tiek pievadīts spriegums no ārēja avota, tā rotors sāks griezties. Tas nozīmē, ka atkarībā no savienojuma shēmas elektriskā mašīna var būt vai nu ģenerators, vai elektromotors.
Šie ir tikai pamatjēdzieni tādai parādībai kā elektriskā strāva. Faktiski procesi, kas notiek elektronu virzītas kustības laikā, ir daudz sarežģītāki. Lai tos saprastu, ir nepieciešama dziļāka elektrodinamikas izpēte.
Līdzīgi raksti:
