Betingelser for eksistensen av elektrisk strøm

Til å begynne med, la oss svare på spørsmålet om hva som er elektrisk strøm. Et enkelt bordbatteri genererer ikke strøm av seg selv. Og en lommelykt som ligger på et bord vil ikke skape strøm gjennom lysdiodene bare sånn uten grunn i det hele tatt. For at det skal komme strøm, må noe flyte et sted, i det minste begynne å bevege seg, og for det må kretsen til lommelyktens lysdioder og batteriet lukkes. Ikke for ingenting, i gamle dager ble elektrisk strøm sammenlignet med bevegelsen til en viss ladet væske.

Faktisk vet vi dette nå elektrisitet - dette er den rettede bevegelsen av ladede partikler, og at en nærmere analog til virkeligheten ville være en ladet gass - en gass av ladede partikler som beveger seg under påvirkning av et elektrisk felt. Men først ting først.

Elektrisk strøm er den rettede bevegelsen av ladede partikler

Så elektrisk strøm er bevegelsen til ladede partikler, men selv den kaotiske bevegelsen til ladede partikler er også bevegelse, men fortsatt ikke strøm.På samme måte skaper ikke væskemolekyler som er i termisk bevegelse hele tiden strømmer fordi den totale forskyvningen av hele volumet av væske i hvile er nøyaktig null.

For at væskestrøm skal oppstå, må total bevegelse oppstå, det vil si at den totale bevegelsen til væskemolekylene må bli rettet. Dermed vil den kaotiske bevegelsen til molekylene legges til den rettede bevegelsen av hele volumet, og en strømning av hele volumet av væsken vil oppstå.

Situasjonen er lik med elektrisk strøm - den rettede bevegelsen av elektrisk ladede partikler er en elektrisk strøm. Hastigheten til termisk bevegelse av ladede partikler, for eksempel i metall, måles i hundrevis av meter per sekund, men i retningsbevegelse, når en viss strøm er satt i lederen, måles hastigheten til partiklers generelle bevegelse i deler og enheter av millimeter per sekund.

Så, hvis en likestrøm lik 10 A flyter i en metalltråd med et tverrsnitt på 1 sq. Mm, vil gjennomsnittshastigheten for den bestilte bevegelsen av elektroner være fra 0,6 til 6 millimeter per sekund. Dette vil allerede være et elektrisk støt. Og denne langsomme bevegelsen av elektroner er nok til at en ledning, for eksempel av nikrom, varmes opp godt og adlyder Joule-Lenz-loven.

Partikkelhastighet er ikke forplantningshastigheten til et elektrisk felt!

Legg merke til at strømmen starter i ledningen nesten momentant gjennom hele volumet, det vil si at denne "bevegelsen" sprer seg langs ledningen med lysets hastighet, men selve bevegelsen til de ladede partiklene er 100 milliarder ganger langsommere. Du kan vurdere analogien til et rør med væske som strømmer gjennom det.

Bevegelse langs et rør som er 10 meter langt, for eksempel vann.Vannets hastighet er bare 1 meter per sekund, men strømmen sprer seg ikke med samme hastighet, men mye raskere, og spredningshastigheten her avhenger av væskens tetthet og dens elastisitet. Dermed forplanter det elektriske feltet seg langs ledningen med lysets hastighet, og partiklene begynner å bevege seg 11 størrelsesordener langsommere. Se også: Hastighet på elektrisk strøm

1. Ladede partikler er nødvendige for eksistensen av elektrisk strøm

Elektroner i metaller og i vakuum, ioner i elektrolyttløsninger — tjener som ladningsbærere og sikrer tilstedeværelsen av strøm i ulike stoffer. I metaller er elektroner veldig mobile, noen av dem kan bevege seg fritt fra atom til atom, som en gass som fyller rommet mellom nodene til et krystallgitter.

I elektronrør forlater elektroner katoden under termionisk stråling, og suser under påvirkning av et elektrisk felt til anoden. I elektrolytter brytes molekyler opp i vann til positivt og negativt ladede deler og blir frie ladningsbærerioner i elektrolytter.Det vil si at overalt hvor en elektrisk strøm kan eksistere, er det frie ladningsbærere som kan bevege seg elektrisk felt… Dette er den første betingelsen for eksistensen av elektrisk strøm - tilstedeværelsen av gratis ladningsbærere.

2. Den andre betingelsen for at det eksisterer en elektrisk strøm er at ytre krefter må virke på ladningen

Hvis du nå ser på en ledning, la oss si at det er en kobbertråd, så kan du spørre deg selv: hva skal til for at det oppstår en elektrisk strøm i den? Det er ladede partikler, elektroner, de er i stand til å bevege seg fritt.

Hva vil få dem til å bevege seg? En elektrisk ladet partikkel er kjent for å samhandle med et elektrisk felt. Derfor må det opprettes et elektrisk felt i ledningen, da vil det oppstå et potensial ved hvert punkt av ledningen, det vil være en potensialforskjell mellom endene av ledningen, og elektronene vil bevege seg i retning av feltet - i retningen fra «-» til «+», det vil si i en retning motsatt av vektoren for elektrisk feltstyrke. Det elektriske feltet vil akselerere elektronene og øke deres (kinetiske og magnetiske) energi.

Som et resultat, hvis vi vurderer et elektrisk felt som ganske enkelt påføres eksternt på ledningen (vi plasserte ledningen i et elektrisk felt langs kraftlinjene), vil elektroner samle seg i den ene enden av ledningen og en negativ ladning vil vises ved den ende, og siden elektronene flyttes fra den andre enden av ledningen, vil det være en positiv ladning på den.

Som et resultat vil det elektriske feltet til en leder ladet av et eksternt påført elektrisk felt være i en slik retning at det svekker det eksterne elektriske feltet fra dets virkning.

Prosessen med omfordeling av ladninger vil fortsette nesten øyeblikkelig, og etter at den er fullført, vil strømmen i ledningen stoppe. Det resulterende elektriske feltet inne i lederen vil bli null, og kraften i endene vil være lik størrelse, men motsatt i retning av det elektriske feltet som påføres eksternt.

Hvis det elektriske feltet i lederen er skapt av en likestrømkilde, for eksempel et batteri, vil en slik kilde bli en kilde til eksterne krefter for lederen, det vil si en kilde som vil skape en konstant EMF i lederen og opprettholde potensialforskjellen.Selvfølgelig, for at strømmen skal opprettholdes av en ekstern kraftkilde, må kretsen være lukket.