Betingelser for eksistensen af ​​elektrisk strøm

Til at begynde med, lad os besvare spørgsmålet om, hvad der er elektrisk strøm. Et simpelt bordbatteri genererer ikke strøm af sig selv. Og en lommelygte, der ligger på et bord, vil ikke skabe strøm gennem sine LED'er bare sådan uden grund overhovedet. For at der skal opstå strøm, skal noget flyde et sted, i det mindste begynde at bevæge sig, og for det skal kredsløbet af lommelygtens LED'er og batteriet lukke. Ikke for ingenting, i gamle dage blev elektrisk strøm sammenlignet med bevægelsen af ​​en bestemt ladet væske.

Det ved vi faktisk nu elektricitet - dette er den rettede bevægelse af ladede partikler, og at en tættere analog til virkeligheden ville være en ladet gas - en gas af ladede partikler, der bevæger sig under påvirkning af et elektrisk felt. Men først ting først.

Elektrisk strøm er den rettede bevægelse af ladede partikler

Så elektrisk strøm er bevægelsen af ​​ladede partikler, men selv den kaotiske bevægelse af ladede partikler er også bevægelse, men stadig ikke strøm.Ligeledes skaber væskemolekyler, der er i termisk bevægelse hele tiden, ikke strømme, fordi den samlede forskydning af hele volumen af ​​væske i hvile er nøjagtig nul.

For at væskeflow skal opstå, skal der forekomme overordnet bevægelse, det vil sige, at væskemolekylernes samlede bevægelse skal blive rettet. Således vil den kaotiske bevægelse af molekylerne blive tilføjet den rettede bevægelse af hele volumenet, og en strømning af hele væskens volumen vil forekomme.

Situationen ligner elektrisk strøm - den rettede bevægelse af elektrisk ladede partikler er en elektrisk strøm. Hastigheden af ​​termisk bevægelse af ladede partikler, for eksempel i metal, måles i hundredvis af meter i sekundet, men i retningsbestemt bevægelse, når en bestemt strøm indstilles i lederen, måles hastigheden af ​​den generelle bevægelse af partikler i dele og enheder af millimeter per sekund.

Så hvis en jævnstrøm svarende til 10 A flyder i en metaltråd med et tværsnit på 1 sq. Mm, så vil den gennemsnitlige hastighed af den bestilte bevægelse af elektroner være fra 0,6 til 6 millimeter i sekundet. Dette vil allerede være et elektrisk stød. Og denne langsomme bevægelse af elektroner er nok til, at en ledning, for eksempel af nichrom, kan varmes godt op og adlyde Joule-Lenz-loven.

Partikelhastighed er ikke udbredelseshastigheden af ​​et elektrisk felt!

Bemærk, at strømmen starter i ledningen næsten øjeblikkeligt gennem hele volumen, det vil sige, at denne "bevægelse" spredes langs ledningen med lysets hastighed, men selve bevægelsen af ​​de ladede partikler er 100 milliarder gange langsommere. Du kan overveje analogien af ​​et rør med væske, der strømmer gennem det.

Bevægelse langs et rør 10 meter langt, for eksempel vand.Vandets hastighed er kun 1 meter i sekundet, men strømmen spredes ikke med samme hastighed, men meget hurtigere, og spredningshastigheden her afhænger af væskens tæthed og dens elasticitet. Det elektriske felt forplanter sig således langs ledningen med lysets hastighed, og partiklerne begynder at bevæge sig 11 størrelsesordener langsommere. Se også: Hastighed af elektrisk strøm

1. Ladede partikler er nødvendige for eksistensen af ​​elektrisk strøm

Elektroner i metaller og i vakuum, ioner i elektrolytopløsninger — tjener som ladningsbærere og sikrer tilstedeværelsen af ​​strøm i forskellige stoffer. I metaller er elektroner meget mobile, nogle af dem kan bevæge sig frit fra atom til atom, som en gas, der fylder rummet mellem noderne i et krystalgitter.

I elektronrør forlader elektroner katoden under termionisk stråling og skynder sig under påvirkning af et elektrisk felt til anoden. I elektrolytter bryder molekyler op i vand i positivt og negativt ladede dele og bliver fri for ladningsbærerioner i elektrolytter. Det vil sige, hvor end der kan eksistere en elektrisk strøm, er der frie ladningsbærere, der kan bevæge sig elektrisk felt… Dette er den første betingelse for eksistensen af ​​elektrisk strøm - tilstedeværelsen af ​​gratis ladningsbærere.

2. Den anden betingelse for eksistensen af ​​en elektrisk strøm er, at ydre kræfter skal virke på ladningen

Hvis man nu ser på en ledning, lad os sige, at det er en kobbertråd, så kan man spørge sig selv: hvad skal der til, for at der opstår en elektrisk strøm i den? Der er ladede partikler, elektroner, de er i stand til at bevæge sig frit.

Hvad får dem til at bevæge sig? En elektrisk ladet partikel er kendt for at interagere med et elektrisk felt. Derfor skal der skabes et elektrisk felt i ledningen, så vil der opstå et potentiale i hvert punkt af ledningen, der vil være en potentialforskel mellem ledningens ender, og elektronerne vil bevæge sig i feltets retning — i retningen fra «-» til «+», det vil sige i en retning modsat den elektriske feltstyrkevektor. Det elektriske felt vil accelerere elektronerne og øge deres (kinetiske og magnetiske) energi.

Som et resultat, hvis vi betragter et elektrisk felt, der simpelthen er påført eksternt på ledningen (vi placerede ledningen i et elektrisk felt langs kraftlinjerne), så vil elektroner samle sig i den ene ende af ledningen, og en negativ ladning vil fremkomme ved det ende, og da elektronerne flyttes fra den anden ende af ledningen, så vil der være en positiv ladning på den.

Som et resultat vil det elektriske felt af en leder ladet af et eksternt påført elektrisk felt være i en sådan retning, at det svækker det ydre elektriske felt fra dets virkning.

Processen med omfordeling af afgifter vil fortsætte næsten øjeblikkeligt, og efter dens afslutning stopper strømmen i ledningen. Det resulterende elektriske felt inde i lederen vil blive nul, og kraften i enderne vil være lige stor, men modsat i retning af det elektriske felt, der påføres eksternt.

Hvis det elektriske felt i lederen er skabt af en jævnstrømskilde, for eksempel et batteri, vil en sådan kilde blive en kilde til eksterne kræfter for lederen, det vil sige en kilde, der vil skabe en konstant EMF i lederen og fastholde potentialforskellen.For at strømmen kan opretholdes af en ekstern kraftkilde, skal kredsløbet naturligvis være lukket.