Jaki jest ukierunkowany ruch naładowanych cząstek? Dla wielu jest to niezrozumiały obszar, ale w rzeczywistości wszystko jest bardzo proste. Tak więc, kiedy mówią o ukierunkowanym ruchu naładowanych cząstek, mają na myśli prąd. Przyjrzyjmy się jego głównym cechom i formułom, a także rozważmy kwestie bezpieczeństwa podczas pracy z nim.
Informacje ogólne
Zacznij od definicji. Przez prąd elektryczny zawsze rozumie się uporządkowany (ukierunkowany) ruch naładowanych cząstek, który odbywa się pod wpływem pola elektrycznego. Jakie obiekty można w tym przypadku brać pod uwagę? Cząstki oznaczają elektrony, jony, protony, dziury. Ważne jest również, aby wiedzieć, jaka jest aktualna siła. Jest to liczba naładowanych cząstek, które przepływają przez przekrój przewodnika na jednostkę czasu.
Charakter zjawiska
Wszystkie substancje fizyczne składają się z cząsteczek utworzonych z atomów. Nie są też materiałem końcowym, ponieważ zawierają pierwiastki (jądro i krążące wokół niego elektrony). Wszystkim reakcjom chemicznym towarzyszy ruch cząstek. Na przykład przy udziale elektronów niektóre atomy doświadczą niedoboru, a inne nadmiaru. W tym przypadku substancje mają przeciwne ładunki. Jeśli nastąpi ich kontakt, elektrony z jednego będą zmierzać do drugiego.
Taka fizyczna natura cząstek elementarnych wyjaśnia istotę prądu elektrycznego. Ten kierunkowy ruch naładowanych cząstek będzie trwał do momentu wyrównania się wartości. W tym przypadku reakcją zmian jest łańcuch. Innymi słowy, zamiast martwego elektronu, na jego miejsce pojawia się inny. Do wymiany wykorzystuje się cząstki sąsiedniego atomu. Ale łańcuch też się na tym nie kończy. Elektron może również dojść do skrajnego atomu, na przykład z ujemnego bieguna źródła płynącego prądu.
Przykładem takiej sytuacji jest bateria. Z ujemnej strony przewodnika elektrony przemieszczają się do dodatniego bieguna źródła. Kiedy wszystkie cząstki w ujemnie zainfekowanym składniku skończą się, prąd ustaje. W tym przypadku mówi się, że bateria jest rozładowana. Jaka jest prędkość ukierunkowanego ruchu naładowanych cząstek poruszających się w ten sposób? Odpowiedź na to pytanie nie jest tak łatwa, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka.
Rola stresu
Do czego służy ta koncepcja? Napięcie jest cechą pola elektrycznego, która jest różnicą potencjałów między dwoma punktami znajdującymi się w jego wnętrzu. Dla wielu może to wydawać się mylące. Jeśli chodzi o ukierunkowany (uporządkowany) ruch naładowanych cząstek, musisz zrozumieć napięcie.
Wyobraźmy sobie, że mamy prostego przewodnika. Może to być drut wykonany z metalu, takiego jak miedź lub aluminium. W naszym przypadku to nie jest takie ważne. Masa elektronu wynosi 9.10938215(45)×10-31kg. Oznacza to, że jest dość materialny. Ale metal przewodnika jest solidny. Jak zatem mogą przez nią przepływać elektrony?
Dlaczego w produktach metalowych może być prąd
Zwróćmy się do podstaw chemii, których każdy z nas miał okazję uczyć się w szkole. Jeżeli liczba elektronów w substancji jest równa liczbie protonów, zapewniona jest neutralność pierwiastka. Na podstawie prawa okresowego Mendelejewa określa się, z jaką substancją należy się zająć. Zależy to od liczby protonów i neutronów. Nie da się zignorować dużej różnicy między masami jądra i elektronów. Jeśli zostaną usunięte, ciężar atomu pozostanie praktycznie niezmieniony.
Na przykład masa protonu jest około 1836 większa niż wartość elektronu. Ale te mikroskopijne cząstki są bardzo ważne, ponieważ mogą z łatwością opuszczać niektóre atomy i łączyć się z innymi. Jednocześnie spadek lub wzrost ich liczby prowadzi do:zmienić ładunek atomu. Jeśli weźmiemy pod uwagę pojedynczy atom, to jego liczba elektronów będzie zawsze zmienna. Ciągle odchodzą i wracają. Wynika to z ruchu termicznego i utraty energii.
Chemiczna specyfika zjawiska fizycznego
Kiedy następuje ukierunkowany ruch naładowanych elektrycznie cząstek, czy masa atomowa nie jest tracona? Czy zmienia się skład dyrygenta? To bardzo ważne nieporozumienie, które wielu dezorientuje. Odpowiedź w tym przypadku jest tylko negatywna. Wynika to z faktu, że pierwiastki chemiczne są determinowane nie ich masą atomową, ale liczbą protonów znajdujących się w jądrze. Obecność lub brak elektronów/neutronów nie odgrywa w tym przypadku roli. W praktyce wygląda to tak:
- Dodaj lub odejmij elektrony. Okazuje się, że jest jonem.
- Dodaj lub odejmij neutrony. Okazuje się, że to izotop.
Pierwiastek chemiczny się nie zmienia. Ale w przypadku protonów sytuacja jest inna. Jeśli jest tylko jeden, to mamy wodór. Dwa protony - a mówimy o helu. Te trzy cząstki to lit. Itp. Zainteresowani kontynuacją mogą spojrzeć na układ okresowy. Pamiętaj: nawet jeśli prąd przepływa przez przewodnik tysiąc razy, jego skład chemiczny się nie zmieni. Ale może inaczej.
Elektrolity i inne ciekawe punkty
Specjalnością elektrolitów jest to, że zmienia się ich skład chemiczny. Następnie pod wpływem prądu,elementy elektrolityczne. Gdy ich potencjał zostanie wyczerpany, ukierunkowany ruch naładowanych cząstek zostanie zatrzymany. Taka sytuacja wynika z faktu, że nośnikami ładunku w elektrolitach są jony.
Ponadto istnieją pierwiastki chemiczne w ogóle pozbawione elektronów. Przykładem może być:
- Atomowy kosmiczny wodór.
- Wszystkie substancje znajdujące się w stanie plazmy.
- Gazy w górnych warstwach atmosfery (nie tylko Ziemia, ale także inne planety, na których występują masy powietrza).
- Zawartość akceleratorów i zderzaczy.
Należy również zauważyć, że pod wpływem prądu elektrycznego niektóre chemikalia mogą dosłownie się kruszyć. Dobrze znanym przykładem jest bezpiecznik. Jak to wygląda na poziomie mikro? Poruszające się elektrony popychają atomy na swojej drodze. Jeśli prąd jest bardzo silny, sieć krystaliczna przewodnika nie może wytrzymać i ulega zniszczeniu, a substancja topi się.
Powrót do prędkości
Wcześniej ten punkt został poruszony powierzchownie. Teraz przyjrzyjmy się temu bliżej. Należy zauważyć, że pojęcie prędkości ukierunkowanego ruchu naładowanych cząstek w postaci prądu elektrycznego nie istnieje. Wynika to z tego, że przeplatają się różne wartości. Tak więc pole elektryczne rozchodzi się przez przewodnik z prędkością zbliżoną do ruchu światła, czyli około 300 000 kilometrów na sekundę.
Pod jego wpływem wszystkie elektrony zaczynają się poruszać. Ale ich szybkośćbardzo mały. Jest to około 0,007 milimetra na sekundę. W tym samym czasie również losowo pędzą w ruchu termicznym. W przypadku protonów i neutronów sytuacja jest inna. Są za duże, żeby mogły przytrafić im się te same wydarzenia. Z reguły nie trzeba mówić o ich prędkości tak bliskiej wartości światła.
Parametry fizyczne
Teraz przyjrzyjmy się, jaki jest ruch naładowanych cząstek w polu elektrycznym z fizycznego punktu widzenia. Aby to zrobić, wyobraźmy sobie, że mamy kartonowe pudełko, w którym mieści się 12 butelek napoju gazowanego. Jednocześnie dochodzi do próby postawienia tam kolejnego pojemnika. Załóżmy, że się udało. Ale pudełko ledwo przetrwało. Kiedy próbujesz włożyć kolejną butelkę, pęka i wszystkie pojemniki wypadają.
Pudełko, o którym mowa, można porównać do przekroju przewodu. Im wyższy ten parametr (grubszy przewód), tym więcej prądu może dostarczyć. To określa, jaką objętość może mieć ukierunkowany ruch naładowanych cząstek. W naszym przypadku pudełko zawierające od jednej do dwunastu butelek bez problemu spełni swoje przeznaczenie (nie pęknie). Przez analogię możemy powiedzieć, że przewodnik się nie spali.
Jeśli przekroczysz wskazaną wartość, obiekt ulegnie awarii. W przypadku dyrygenta w grę wchodzi opór. Prawo Ohma bardzo dobrze opisuje ukierunkowany ruch cząstek naładowanych elektrycznie.
Zależność między różnymi parametrami fizycznymi
Na pudełkoz naszego przykładu możesz dodać jeszcze jeden. W tym przypadku na jednostkę powierzchni można umieścić nie 12, ale aż 24 butelki. Dodajemy jeszcze jeden - a jest ich trzydzieści sześć. Jedno z pudełek można uznać za jednostkę fizyczną, analogiczną do napięcia.
Im jest szerszy (co zmniejsza opór), tym więcej butelek (które w naszym przykładzie zastępują prąd) można umieścić. Zwiększając stos pudeł, możesz umieścić dodatkowe pojemniki na jednostkę powierzchni. W tym przypadku moc wzrasta. Nie niszczy to pudełka (dyrygenta). Oto podsumowanie tej analogii:
- Całkowita liczba butelek zwiększa moc.
- Liczba pojemników w polu wskazuje aktualną moc.
- Liczba pudełek na wysokości pozwala ocenić napięcie.
- Szerokość pudełka daje wyobrażenie o wytrzymałości.
Możliwe zagrożenia
Omówiliśmy już, że ukierunkowany ruch naładowanych cząstek nazywa się prądem. Należy zauważyć, że zjawisko to może być niebezpieczne dla zdrowia, a nawet życia człowieka. Oto podsumowanie właściwości prądu elektrycznego:
- Zapewnia ogrzewanie przewodnika, przez który przepływa. Jeśli domowa sieć elektryczna jest przeciążona, izolacja stopniowo zwęgla się i kruszy. W rezultacie istnieje możliwość zwarcia, co jest bardzo niebezpieczne.
- Prąd elektryczny, gdy przepływa przez urządzenia gospodarstwa domowego i przewody, spotyka sięodporność elementów tworzących materiały. Dlatego wybiera ścieżkę, która ma minimalną wartość tego parametru.
- Jeśli wystąpi zwarcie, siła prądu gwałtownie wzrasta. To uwalnia znaczną ilość ciepła. Może stopić metal.
- Może wystąpić zwarcie spowodowane wnikaniem wilgoci. W przypadkach omówionych wcześniej zapalają się pobliskie obiekty, ale w tym przypadku ludzie zawsze cierpią.
- Wstrząs elektryczny niesie ze sobą poważne niebezpieczeństwo. Jest całkiem prawdopodobne, że jest nawet śmiertelne. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez ludzkie ciało, opór tkanek jest znacznie zmniejszony. Zaczynają się nagrzewać. W takim przypadku komórki ulegają zniszczeniu, a zakończenia nerwowe obumierają.
Problemy z bezpieczeństwem
Aby uniknąć narażenia na prąd elektryczny, należy używać specjalnego sprzętu ochronnego. Prace należy wykonywać w gumowych rękawicach z użyciem maty z tego samego materiału, prętów odprowadzających, a także urządzeń uziemiających stanowiska pracy i sprzęt.
Wyłączniki z różnymi zabezpieczeniami okazały się dobre jako urządzenie, które może uratować życie.
Ponadto nie należy zapominać o podstawowych środkach ostrożności podczas pracy. W przypadku pożaru z udziałem sprzętu elektrycznego można używać tylko gaśnic na dwutlenek węgla i proszkowych. Te ostatnie osiągają najlepsze wyniki w walce z ogniem, ale zakurzonego sprzętu nie zawsze da się odrestaurować.
Wniosek
Korzystając z przykładów zrozumiałych dla każdego czytelnika, odkryliśmy, że uporządkowany, ukierunkowany ruch naładowanych cząstek nazywa się prądem elektrycznym. To bardzo ciekawe zjawisko, ważne ze stanowiska zarówno fizyki, jak i chemii. Prąd elektryczny jest niestrudzonym pomocnikiem człowieka. Jednak należy się z nim obchodzić ostrożnie. Artykuł omawia kwestie bezpieczeństwa, na które należy zwrócić uwagę, jeśli nie ma ochoty na śmierć.
