Ако у било којој средини постоје слободни носиоци набоја (на пример, електрони у металу), онда они не мирују, већ се крећу насумично. Али можете натерати електроне да се крећу на уређен начин у датом правцу. Ово усмерено кретање наелектрисаних честица назива се електрична струја.
Садржај
Како се ствара електрична струја
Ако узмемо два проводника, а један од њих је негативно наелектрисан (додајући му електроне), а други позитивно (одузимајући му део електрона), настаће електрично поље. Ако спојите обе електроде са проводником, поље ће натерати електроне да се крећу у супротном смеру од вектора електричног поља, у складу са смером вектора електричне силе. Негативно наелектрисане честице ће се кретати од електроде где су у вишку до електроде где су мањкаве.
За појаву померања електрона није неопходно да се другој електроди придаје позитивно наелектрисање. Главна ствар је да је негативни набој првог већи. Могуће је чак и негативно наелектрисање оба проводника, али један проводник мора имати веће наелектрисање од другог. У овом случају се говори о разлици потенцијала која изазива електричну струју.
По аналогији са водом, ако повежете две посуде напуњене водом на различите нивое, појавиће се млаз воде. Његов притисак ће зависити од разлике у нивоима.
Занимљиво је да је хаотично кретање електрона под дејством електричног поља углавном очувано, али општи вектор кретања масе носилаца наелектрисања добија усмерени карактер. Ако "хаотична" компонента кретања има брзину од неколико десетина или чак стотина километара у секунди, онда је усмерена компонента неколико милиметара у минути. Али удар (када се електрони крећу дуж проводника) се шири брзином светлости, па кажу да се електрична струја креће брзином од 3 * 108 м/сец.
У оквиру горњег експеримента, струја у проводнику неће дуго постојати - све док не понестане вишка електрона у негативно наелектрисаном проводнику, а њихов број на оба пола није избалансиран. Ово време је мало - безначајни делићи секунде.
Враћање на првобитно негативно наелектрисану електроду и стварање вишка наелектрисања на носачима не даје исто електрично поље које је померало електроне са минуса на плус. Према томе, мора постојати спољна сила која делује против јачине електричног поља и превазилази га.Слично води, мора постојати пумпа која пумпа воду назад на горњи ниво како би се створио континуирани проток воде.
Тренутни правац
За смер струје узима се правац од плуса до минуса, односно смер кретања позитивно наелектрисаних честица је супротан кретању електрона. То је због чињенице да је сам феномен електричне струје откривен много раније него што је добијено објашњење његове природе, и веровало се да струја иде у овом правцу. До тада се накупио велики број чланака и друге литературе на ову тему, појавили су се појмови, дефиниције и закони. Да не бисмо ревидирали огромну количину већ објављеног материјала, једноставно смо узели правац струје у односу на проток електрона.
Ако струја тече све време у једном правцу (чак и мења јачину), то се зове једносмерна струја. Ако се његов правац промени, онда говоримо о наизменичној струји. У практичној примени, правац се мења по неком закону, на пример, према синусоидном. Ако смер тока струје остане непромењен, али периодично пада на нулу и повећава се до максималне вредности, онда говоримо о импулсној струји (различитих облика).
Неопходни услови за одржавање електричне струје у колу
Горе су изведена три услова за постојање електричне струје у затвореном колу. Треба их детаљније размотрити.
Бесплатни носачи пуњења
Први неопходан услов за постојање електричне струје је присуство слободних носача наелектрисања. Наелектрисања не постоје одвојено од својих носилаца, па је неопходно размотрити честице које могу да носе наелектрисање.
У металима и другим супстанцама са сличном врстом проводљивости (графит и сл.) то су слободни електрони. Слабо делују са језгром и могу да напусте атом и да се релативно неометано крећу унутар проводника.
Слободни електрони такође служе као носиоци наелектрисања у полупроводницима, али у неким случајевима говоре о проводљивости "рупа" ове класе чврстих тела (за разлику од "електронске"). Овај концепт је потребан само за описивање физичких процеса, у ствари, струја у полупроводницима је исто кретање електрона. Материјали у којима електрони не могу да напусте атом су диелектрика. У њима нема струје.
У течностима, позитивни и негативни јони носе наелектрисање. Ово се односи на течности - електролите. На пример, вода у којој је растворена со. Сама по себи, вода је прилично неутрална, али када чврсте и течне супстанце уђу у њу, оне се растварају и растављају (разлажу) да би формирале позитивне и негативне јоне. А у растопљеним металима (на пример, у живи), носиоци наелектрисања су исти електрони.
Гасови су углавном диелектрици. У њима нема слободних електрона - гасови се састоје од неутралних атома и молекула. Али ако је гас јонизован, они говоре о четвртом стању агрегације материје - плазми. У њему може да тече и електрична струја, настаје при усмереном кретању електрона и јона.
Такође, струја може да тече у вакууму (на овом принципу се заснива деловање, на пример, вакуумских цеви). Ово ће захтевати електроне или јоне.
Електрично поље
Упркос присуству бесплатних носача набоја, већина медија је електрично неутрална. Ово се објашњава чињеницом да се негативне (електрони) и позитивне (протони) честице налазе равномерно, а њихова поља се међусобно компензују. Да би се појавило поље, набоји морају бити концентрисани у неком подручју. Ако су се електрони накупили у подручју једне (негативне) електроде, онда ће на супротној (позитивној) електроди доћи до њиховог недостатка и настаће поље које ствара силу која делује на носиоце наелектрисања и тера их да се крећу.
Снага треће стране за ношење оптужби
И трећи услов – мора постојати сила која носи наелектрисања у правцу супротном од смера електростатичког поља, иначе ће се наелектрисања унутар затвореног система брзо уравнотежити. Ова спољна сила назива се електромоторна сила. Његово порекло може бити другачије.
Електрохемијска природа
У овом случају, ЕМФ настаје као резултат појаве електрохемијских реакција. Реакције могу бити неповратне. Пример је галванска ћелија - позната батерија. Након што су реагенси исцрпљени, ЕМФ пада на нулу, а батерија "сједа".
У другим случајевима, реакције могу бити реверзибилне. Дакле, у батерији, ЕМФ се такође јавља као резултат електрохемијских реакција. Али по завршетку, процес се може наставити - под утицајем спољашње електричне струје, реакције ће се одвијати обрнутим редоследом, а батерија ће поново бити спремна да да струју.
фотонапонске природе
У овом случају, ЕМФ је узрокован деловањем видљивог, ултраљубичастог или инфрацрвеног зрачења на процесе у полупроводничким структурама. Такве силе настају у фотоћелијама („соларним батеријама“).Под дејством светлости у спољашњем колу се ствара електрична струја.
термоелектричне природе
Ако узмете два различита проводника, залемите их и загрејете спој, онда ће се ЕМФ појавити у колу због температурне разлике између топлог споја (спој проводника) и хладног споја - супротних крајева проводника. На овај начин је могуће не само генерисати струју, већ и измерите температуру мерењем емф у настајању.
Пиезоелектрична природа
Јавља се када су одређене чврсте материје компримоване или деформисане. Електрични упаљач ради на овом принципу.
Електромагнетна природа
Најчешћи начин индустријске производње електричне енергије је ДЦ или АЦ генератор. У ДЦ машини, арматура у облику оквира ротира у магнетном пољу, прелазећи своје линије силе. У овом случају настаје ЕМФ, у зависности од брзине ротације ротора и магнетног флукса. У пракси се анкер користи из великог броја окрета, формирајући мноштво серијски повезаних рамова. ЕМФ који настаје у њима се сабирају.
АТ алтернатор примењује се исти принцип, али магнет (електрични или стални) ротира унутар фиксног оквира. Као резултат истих процеса у статору, ЕМФ, који има синусни облик. У индустријском обиму, АЦ генерација се скоро увек користи - лакше га је претворити за транспорт и практичну употребу.
Занимљиво својство генератора је реверзибилност.Састоји се у чињеници да ако се напон на терминале генератора примени са спољног извора, његов ротор ће почети да се окреће. То значи да, у зависности од шеме повезивања, електрична машина може бити или генератор или електромотор.
Ово су само основни концепти таквог феномена као што је електрична струја. У ствари, процеси који се јављају током усмереног кретања електрона су много компликованији. Да бисмо их разумели, потребно је дубље проучавање електродинамике.
Слични чланци:
