Smerový pohyb nabitých častíc: definícia, charakterizácia, fyzikálne vlastnosti a aplikácia

Aký je smerový pohyb nabitých častíc? Pre mnohých je to nepochopiteľná sféra, ale v skutočnosti je všetko veľmi jednoduché. Keď teda hovoria o smerovom pohybe nabitých častíc, znamenajú prúd. . Pozrime sa na jeho hlavné charakteristiky a formulácie a zvážme aj otázky bezpečnosti pri práci s ním.

Všeobecné informácie

Mali by ste začať s definíciou. Elektrický prúd vždy znamená usporiadaný (smerovaný) pohyb nabitých častíc, ktorý sa uskutočňuje pôsobením elektrického poľa. Aké predmety možno v tomto prípade zvážiť? Častice znamenajú elektróny, ióny, protóny, diery. Je tiež dôležité vedieť, aká je súčasná sila. Toto je počet nabitých častíc, ktoré pretekajú krížom - časť vodiča na jednotka času.

Povaha tohto javu

Všetky fyzikálne látky pozostávajú z molekúl, ktoré sú tvorené atómami. Nie sú tiež konečným materiálom, pretože majú v sebe prvky (jadro a elektróny rotujúce okolo neho). Všetky chemické reakcie sú sprevádzané pohybom častíc. Napríklad za účasti elektrónov niektoré atómy zažijú ich nedostatok, zatiaľ čo iné zažijú prebytok. V tomto prípade majú látky rôzne poplatky. Ak dôjde k ich kontaktu, elektróny z jedného budú mať tendenciu pohybovať sa k druhému.

Táto fyzikálna povaha elementárnych častíc vysvetľuje podstatu elektrického prúdu. Tento smerový pohyb z nabitých častíc bude sa vyskytovať, kým nebudú hodnoty zarovnané. Zároveň je reakcia zmien reťazová. Inými slovami, namiesto odchádzajúceho elektrónu prichádza na jeho miesto ďalší. Na výmenu sa používajú častice susedného atómu. Ale ani tým reťaz nekončí. Elektrón môže tiež prísť k extrémnemu atómu, napríklad zo záporného pólu zdroja prúdiaceho prúdu.

Príkladom takejto situácie je batéria. Z negatívnej časti vodiča sa elektróny pohybujú na kladný pól zdroja. Keď všetky častice v negatívne infikovanej zložke dochádza, potom sa prúd zastaví. V tomto prípade hovoria, že batéria "dedina". Aká je rýchlosť smerového pohybu nabitých častíc pohybujúcich sa týmto spôsobom? Dať odpoveď na túto otázku nie je také ľahké, ako sa na prvý pohľad môže zdať.

Úloha napätia

Na čo sa tento koncept používa?? Napätie sa nazýva charakteristika elektrického poľa, čo je potenciálny rozdiel dvoch bodov, ktoré sú v ňom. Mnohým sa to nemusí zdať veľmi jasné. Pokiaľ ide o smerovaný (usporiadaný) pohyb nabitých častíc, je potrebné pochopiť napätie.

Predstavte si, že máme jednoduchého dirigenta. Môže to byť drôt vyrobený z kovu, napríklad medi alebo hliníka. V našom prípade to nie je také dôležité. Hmotnosť elektrónu je 9,10938215 (45)×10^-31kg. To znamená, že je dosť materiálny. Ale kov vodiča je pevný. Ako potom môžu cez ňu prúdiť elektróny?

Prečo môže byť v kovových výrobkoch prúd

Obráťme sa na základy chémie, ktoré mal každý z nás možnosť študovať v škole. Ak sa počet elektrónov rovná počtu protónov v látke, potom je zabezpečená neutralita prvku. Na základe periodického zákona Mendelejeva sa určuje, s ktorou látkou sa človek musí vysporiadať. Závisí to od počtu protónov a neutrónov. Nie je možné ignorovať veľký rozdiel medzi hmotnosťami jadra a elektrónov. Ak ich odstránite, hmotnosť atómu sa príliš nezmení.

Napríklad hmotnosť protónu je asi 1836-krát väčšia ako hodnota elektrónu. Ale tieto mikroskopické častice sú veľmi dôležité, pretože môžu ľahko opustiť niektoré atómy a pripojiť sa k iným. Súčasne zníženie alebo zvýšenie ich počtu vedie k zmene náboja atómu. Ak vezmeme do úvahy jeden atóm, potom jeho počet elektrónov bude vždy premenlivý. Neustále to opúšťajú a vracajú sa. Je to spôsobené tepelným pohybom a stratou energie.

Chemická špecifickosť fyzikálneho javu

Ak dôjde k smerovému pohybu elektricky nabitých častíc, nestratí sa atómová hmotnosť? Mení sa zloženie vodiča? Toto je veľmi dôležitá mylná predstava, ktorá mnohých mätie. Odpoveď je v tomto prípade iba negatívna. Je to spôsobené tým, že chemické prvky nie sú určené ich atómovou hmotnosťou, ale počtom protónov, ktoré sú v jadre. Prítomnosť alebo neprítomnosť elektrónov / neutrónov v tomto prípade nezáleží. V praxi to vyzerá takto:

• Sčítanie alebo odčítanie elektrónov. Ukázalo sa, že ión.
• Pridanie alebo odčítanie neutrónov. Získa sa izotop.

Chemický prvok sa nemení súčasne. Ale s protónmi je situácia iná. Ak je len jeden, potom máme pred sebou vodík. Dva protóny – a už hovoríme o héliu. Tri častice sú lítium. A tak ďalej. Kto má záujem o pokračovanie, môže sa pozrieť na periodickú tabuľku. Pamätajte: najmenej tisíckrát bude prúd prechádzať vodičom, jeho chemické zloženie sa nezmení. Ale niečo iné je možné.

Elektrolyty a ďalšie zaujímavé body

Zvláštnosťou elektrolytov je, že sa mení ich chemické zloženie. Potom sa pod vplyvom prúdu z roztoku uvoľnia elektrolytické prvky. Keď sa ich potenciál vyčerpá, smerový pohyb nabitých častíc sa zastaví. Táto situácia je spôsobená skutočnosťou, že nosičmi náboja v elektrolytoch sú ióny.

Okrem toho existujú chemické prvky bez elektrónov. Ako príklad možno uviesť nasledujúce:

• Atómový vesmírny vodík.
• Všetky látky v plazmovom stave.
• Plyny v horných vrstvách atmosféry (nielen zem, ale aj iné planéty, kde sú masy vzduchu).
• Obsah urýchľovačov a urýchľovačov.

Treba tiež poznamenať, že pod vplyvom elektrického prúdu sa niektoré chemikálie môžu doslova rozpadať. Známym príkladom je poistka. Ako to vyzerá na mikroúrovni? Pohybujúce sa elektróny tlačia atómy na svoju cestu. Ak je prúd veľmi silný, potom kryštálová mriežka vodiča nevydrží a zrúti sa a látka sa topí.

Späť na rýchlosť

Predtým bol tento bod povrchne dotknutý. Teraz tomu venujme väčšiu pozornosť. Treba poznamenať, že koncept rýchlosti smerového pohybu nabitých častíc vo forme elektrického prúdu neexistuje. Je to spôsobené tým, že rôzne množstvá sú vzájomne prepojené. Elektrické pole sa teda šíri vodičom rýchlosťou, ktorá je blízka pohybu svetla, to znamená asi 300 000 kilometrov za sekundu.

Pod jeho vplyvom sa všetky elektróny začnú pohybovať. Ale ich rýchlosť je veľmi nízka. Je to približne 0,007 milimetra za sekundu. Zároveň sa tiež náhodne ponáhľajú v tepelnom pohybe. V prípade protónov a neutrónov je situácia iná. Sú príliš veľké na to, aby sa im stali rovnaké udalosti. Spravidla nie je potrebné hovoriť o ich rýchlosti čo najbližšie k hodnote svetla.

Fyzikálne parametre

Teraz sa pozrime na to, aký je pohyb nabitých častíc v elektrickom poli z fyzikálneho hľadiska. Aby ste to urobili, predstavte si, že máme kartónovú škatuľu, ktorá obsahuje 12 fliaš sýteného nápoja. Zároveň sa tam pokúša umiestniť ďalší kontajner. Predpokladajme, že sa to podarilo. Ale krabica sotva vydržala. Keď sa pokúsite strčiť ďalšiu fľašu, rozbije sa a všetky nádoby vypadnú.

Príslušná skrinka sa dá porovnať s prierezom vodiča. Čím vyšší je tento parameter (čím je drôt hrubší), tým väčšia je sila prúdu. To určuje, koľko objemu smerový pohyb nabitých častíc môže mať. V našom prípade môže krabica obsahujúca jednu až dvanásť fliaš bezpečne plniť svoj priamy účel (nerozbije sa). Analogicky môžeme povedať, že vodič nebude horieť.

Ak prekročíte uvedenú hodnotu, objekt zlyhá. V prípade vodiča nadobudne účinnosť odpor. Ohmov zákon veľmi dobre popisuje smerovaný pohyb elektricky nabitých častíc.

Vzťah rôznych fyzikálnych parametrov

Môžete dať ďalší na krabici z nášho príkladu. V tomto prípade bude možné umiestniť nie 12, ale až 24 fliaš na jednotku plochy. Pridajte ďalšiu-a je ich už tridsaťšesť. Jeden z boxov možno považovať za fyzickú jednotku podobnú napätiu.

Čím je širší (pri súčasnom znížení odporu), tým viac fliaš (ktoré v našom príklade nahrádzajú prúd) je možné umiestniť. Zvýšením stohu škatúľ je možné na jednotku plochy umiestniť ďalšie kontajnery. V tomto prípade sa výkon zvyšuje. Zároveň nie je zničená krabica (vodič) . Tu je to, čo stručne vychádza z tejto analógie:

• Celkový počet fliaš zvyšuje kapacitu.
• Počet kapacít v poli zobrazuje aktuálnu silu.
• Počet boxov na výšku vám umožňuje posúdiť napätie.
• Šírka krabice dáva predstavu o odpore.

Možné riziká

Už sme zistili, že smerový pohyb nabitých častíc sa nazýva prúd. Treba poznamenať, že tento jav môže byť nebezpečný pre zdravie a dokonca aj život. Tu je krátky zoznam vlastností elektrického prúdu:

• Zabezpečuje ohrev vodiča, cez ktorý preteká. Ak je elektrická sieť pre domácnosť preťažená, izolácia sa postupne zuhoľnatí a rozpadne sa. V dôsledku toho existuje možnosť skratu, ktorý je veľmi nebezpečný.
• Elektrický prúd, keď preteká domácimi spotrebičmi a drôtmi, spĺňa odpor prvkov tvoriacich materiály. Preto si vyberie cestu, ktorá má minimálnu hodnotu tohto parametra.
• Ak dôjde ku skratu, prúdová sila sa prudko zvýši. Súčasne sa uvoľňuje značné množstvo tepla. Môže roztaviť kov.
• V dôsledku vniknutia vlhkosti môže dôjsť ku skratu. V prípadoch diskutovaných vyššie sa objekty nachádzajúce sa v blízkosti rozsvietia, ale v tomto prípade ľudia vždy trpia.
• Úraz elektrickým prúdom predstavuje značné nebezpečenstvo. Dokonca aj smrteľný výsledok je dosť pravdepodobný. keď elektrický prúd preteká ľudským telom, odpor tkanív sa výrazne znižuje. Začnú sa zahrievať. Zároveň sú bunky zničené a nervové zakončenia odumierajú.

Bezpečnostné otázky

Aby sa zabránilo vystaveniu elektrickému prúdu, je potrebné používať špeciálne ochranné prostriedky. Práce by sa mali vykonávať v gumových rukaviciach s použitím podložky vyrobenej z rovnakého materiálu, výtlačných tyčí, ako aj uzemňovacích zariadení pre pracoviská a zariadenia.

Ističe s rôznymi ochranami sa osvedčili ako zariadenie, ktoré môže zachrániť život človeka.

Nezabudnite tiež na základné bezpečnosť bezpečnostné opatrenia pri práci. Ak dôjde k požiaru elektrického zariadenia, iba oxid uhličitý a môžu sa použiť práškové hasiace prístroje. Tie ukazujú najlepší výsledok v boji proti požiaru, ale zariadenie pokryté prachom nie je možné vždy obnoviť.

Záver

Pomocou príkladov, ktoré sú zrozumiteľné pre každého čitateľa, sme zistili, že usporiadaný smerový pohyb nabitých častíc sa nazýva elektrický prúd. Je to veľmi zaujímavý jav, dôležitý z hľadiska fyziky aj chémie. Elektrický prúd je neúnavným pomocníkom človeka. Musíte s ním však zaobchádzať opatrne. Článok pojednáva o bezpečnostných otázkach, ktorým by sa mala venovať pozornosť, ak nie je túžba zomrieť.