Elektrik akımının varlığı için koşullar

Başlangıç ​​olarak elektrik akımı nedir sorusuna cevap verelim. Basit bir masaüstü pili kendi başına akım üretmez. Ve masanın üzerinde duran bir el feneri, LED'leri üzerinden hiçbir sebep olmadan akım oluşturmaz. Akımın ortaya çıkması için bir şeylerin bir yere akması, en azından hareket etmeye başlaması ve bunun için el fenerinin LED'lerinin ve pilin devresinin kapanması gerekir. Eski günlerde elektrik akımının belirli bir yüklü sıvının hareketine benzetilmesi boşuna değildi.

Aslında artık bunu biliyoruz elektrik - bu, yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketidir ve gerçeğe daha yakın bir analog, yüklü bir gaz olacaktır - bir elektrik alanının etkisi altında hareket eden yüklü parçacıklardan oluşan bir gaz. Ama önce ilk şeyler.

Elektrik akımı, yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketidir

Yani, elektrik akımı yüklü parçacıkların hareketidir, ancak yüklü parçacıkların kaotik hareketi bile harekettir, ancak yine de akım değildir.Aynı şekilde, her zaman ısıl hareket halinde olan sıvı molekülleri akım oluşturmazlar çünkü durgun sıvı hacminin tamamının toplam yer değiştirmesi tam olarak sıfırdır.

Akışkan akışının meydana gelmesi için, genel hareket oluşmalıdır, yani sıvı moleküllerinin genel hareketi yönlendirilmelidir. Böylece moleküllerin kaotik hareketi tüm hacmin yönlendirilmiş hareketine eklenecek ve sıvının tüm hacminin akışı gerçekleşecektir.

Durum elektrik akımına benzer - elektrik yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketi bir elektrik akımıdır. Örneğin metalde yüklü parçacıkların termal hareket hızı saniyede yüzlerce metre olarak ölçülür, ancak yönlü harekette, iletkende belirli bir akım ayarlandığında, parçacıkların genel hareketinin hızı ölçülür. Saniyede milimetrelik parçalar ve birimler.

Bu nedenle, 1 metrekare Mm kesitli metal bir telde 10 A'ya eşit bir doğru akım akarsa, elektronların sıralı hareketinin ortalama hızı saniyede 0,6 ila 6 milimetre olacaktır. Bu zaten bir elektrik çarpması olacak. Ve elektronların bu yavaş hareketi, örneğin bir nikrom telinin iyi ısınması için yeterlidir. Joule-Lenz yasası.

Parçacık hızı, bir elektrik alanının yayılma hızı değildir!

Akımın telde neredeyse anında tüm hacim boyunca başladığını, yani bu "hareket" tel boyunca ışık hızında yayıldığını, ancak yüklü parçacıkların hareketinin 100 milyar kat daha yavaş olduğunu unutmayın. İçinden sıvı akan bir boru benzetmesini düşünebilirsiniz.

10 metre uzunluğunda bir boru boyunca hareket etmek, örneğin su.Suyun hızı saniyede sadece 1 metredir, ancak akış aynı hızda değil, çok daha hızlı yayılır ve buradaki yayılma hızı, sıvının yoğunluğuna ve esnekliğine bağlıdır. Böylece elektrik alan tel boyunca ışık hızında yayılır ve parçacıklar 11 kat daha yavaş hareket etmeye başlar. Ayrıca bakınız: elektrik akımının hızı

1. Elektrik akımının varlığı için yüklü parçacıklar gereklidir

Metallerdeki ve vakumdaki elektronlar, elektrolit çözeltilerindeki iyonlar yük taşıyıcı görevi görür ve çeşitli maddelerde akımın varlığını sağlar. Metallerde elektronlar çok hareketlidir, bazıları kristal bir kafesin düğüm noktaları arasındaki boşluğu dolduran bir gaz gibi atomdan atoma serbestçe hareket edebilir.

Elektron tüplerinde, elektronlar termiyonik radyasyon sırasında katodu terk eder ve bir elektrik alanının etkisi altında anoda koşar. Elektrolitlerde moleküller suda pozitif ve negatif yüklü kısımlara ayrılarak elektrolitlerde serbest taşıyıcı iyonlar haline gelirler.Yani elektrik akımının olduğu her yerde hareket edebilen serbest yük taşıyıcıları vardır. Elektrik alanı... Bu, elektrik akımının varlığının ilk koşuludur - serbest yük taşıyıcılarının varlığı.

2. Bir elektrik akımının varlığının ikinci koşulu, dış kuvvetlerin yüke etki etmesi gerektiğidir.

Şimdi bir tele bakarsanız, diyelim ki bu bir bakır tel, o zaman kendinize şu soruyu sorabilirsiniz: İçinde bir elektrik akımının oluşması için ne gerekir? Yüklü parçacıklar, elektronlar var, serbestçe hareket edebiliyorlar.

Onları ne hareket ettirecek? Elektrik yüklü bir parçacığın bir elektrik alanıyla etkileşime girdiği bilinmektedir. Bu nedenle, telde bir elektrik alanı oluşturulmalıdır, o zaman telin her noktasında bir potansiyel ortaya çıkacak, telin uçları arasında bir potansiyel farkı olacak ve elektronlar alan yönünde hareket edecektir. «-» den «+» ya yön, yani elektrik alan şiddeti vektörünün tersi yöndedir. Elektrik alanı elektronları hızlandırarak (kinetik ve manyetik) enerjilerini artıracaktır.

Sonuç olarak, tele basitçe harici olarak uygulanan bir elektrik alanı düşünürsek (teli kuvvet çizgileri boyunca bir elektrik alanına yerleştirdik), o zaman elektronlar telin bir ucunda birikir ve bu noktada negatif bir yük belirir. ve elektronlar telin diğer ucundan taşındığından, üzerinde pozitif bir yük olacaktır.

Sonuç olarak, dışarıdan uygulanan bir elektrik alanı tarafından yüklenen bir iletkenin elektrik alanı, dış elektrik alanını kendi etkisinden zayıflatacak bir yönde olacaktır.

Yüklerin yeniden dağıtılması işlemi neredeyse anında devam edecek ve tamamlandıktan sonra teldeki akım duracaktır. İletkenin içinde ortaya çıkan elektrik alan sıfır olacak ve uçlardaki kuvvet, dışarıdan uygulanan elektrik alana eşit büyüklükte ancak zıt yönde olacaktır.

İletkendeki elektrik alanı, örneğin bir pil gibi bir doğru akım kaynağı tarafından oluşturulursa, böyle bir kaynak iletken için bir dış kuvvet kaynağı, yani iletkende sabit bir EMF oluşturacak bir kaynak haline gelecektir. ve potansiyel farkı koruyun.Açıkçası, akımın harici bir güç kaynağı tarafından sürdürülebilmesi için devrenin kapalı olması gerekir.