Elektros srovės egzistavimo sąlygos
Pirmiausia atsakykime į klausimą, kas yra elektros srovė. Paprastas stalinis akumuliatorius pats negeneruoja srovės. O ant stalo gulintis žibintuvėlis tiesiog be jokios priežasties nesukurs srovės per savo šviesos diodus. Kad atsirastų srovė, kažkur turi tekėti, bent jau pradėti judėti, o tam turi užsidaryti žibintuvėlio šviesos diodų ir baterijos grandinė. Ne veltui senais laikais elektros srovė buvo lyginama su tam tikro įkrauto skysčio judėjimu.
Tiesą sakant, dabar mes tai žinome elektros — tai kryptingas įkrautų dalelių judėjimas, o artimesnis tikrovės analogas būtų įkrautos dujos — įkrautų dalelių dujos, judančios veikiant elektriniam laukui. Bet pirmiausia pirmiausia.
Elektros srovė yra kryptingas įkrautų dalelių judėjimas
Taigi, elektros srovė yra įkrautų dalelių judėjimas, tačiau net chaotiškas įkrautų dalelių judėjimas taip pat yra judėjimas, bet vis tiek ne srovė.Taip pat skysčio molekulės, kurios visą laiką yra šiluminiame judėjime, nesukuria srovių, nes bendras viso skysčio tūrio poslinkis ramybės būsenoje yra lygus nuliui.
Kad skystis tekėtų, turi įvykti bendras judėjimas, tai yra, bendras skysčio molekulių judėjimas turi būti nukreiptas. Taigi chaotiškas molekulių judėjimas bus pridėtas prie nukreipto viso tūrio judėjimo ir atsiras viso skysčio tūrio srautas.
Panaši situacija ir su elektros srove – nukreiptas elektra įkrautų dalelių judėjimas yra elektros srovė. Įkrautų dalelių šiluminio judėjimo greitis, pavyzdžiui, metale, matuojamas šimtais metrų per sekundę, tačiau kryptingai judant, kai laidininke nustatoma tam tikra srovė, bendro dalelių judėjimo greitis matuojamas dalių ir vienetų milimetrų per sekundę.
Taigi, jei metaline viela, kurios skerspjūvis yra 1 kv.m, teka nuolatinė srovė, lygi 10 A, tai vidutinis elektronų tvarkingo judėjimo greitis bus nuo 0,6 iki 6 milimetrų per sekundę. Tai jau bus elektros šokas. Ir šio lėto elektronų judėjimo pakanka, kad viela, pavyzdžiui, iš nichromo, gerai įkaistų, paklusdama Džaulio-Lenco dėsnis.
Dalelių greitis nėra elektrinio lauko sklidimo greitis!
Atkreipkite dėmesį, kad srovė laide prasideda beveik akimirksniu per visą tūrį, tai yra, šis „judesys“ sklinda palei laidą šviesos greičiu, tačiau pačių įkrautų dalelių judėjimas yra 100 milijardų kartų lėtesnis. Galite apsvarstyti vamzdžio analogiją su skysčiu, tekančiu per jį.
Judėjimas 10 metrų ilgio vamzdžiu, pavyzdžiui, vandens.Vandens greitis yra tik 1 metras per sekundę, tačiau srautas plinta ne tokiu greičiu, o daug greičiau, o plitimo greitis čia priklauso nuo skysčio tankio ir jo elastingumo. Taigi, elektrinis laukas sklinda išilgai vielos šviesos greičiu, o dalelės pradeda judėti 11 dydžių lėčiau. Taip pat žiūrėkite: Elektros srovės greitis
1. Įkrautos dalelės būtinos elektros srovei egzistuoti
Elektronai metaluose ir vakuume, jonai elektrolitų tirpaluose – tarnauja kaip krūvininkai ir užtikrina srovės buvimą įvairiose medžiagose. Metaluose elektronai yra labai judrūs, kai kurie iš jų gali laisvai judėti iš atomo į atomą, tarsi dujos, užpildančios erdvę tarp kristalinės gardelės mazgų.
Elektronų vamzdeliuose elektronai palieka katodą termioninės spinduliuotės metu ir, veikiami elektrinio lauko, veržiasi į anodą. Elektrolituose molekulės vandenyje suskaidomos į teigiamai ir neigiamai įkrautas dalis ir elektrolituose nebelieka krūvininkų jonų, ty visur, kur gali egzistuoti elektros srovė, yra laisvųjų krūvininkų, kurie gali judėti. elektrinis laukas… Tai yra pirmoji elektros srovės egzistavimo sąlyga – laisvųjų krūvininkų buvimas.
2. Antroji elektros srovės egzistavimo sąlyga – krūvį turi veikti išorinės jėgos
Jei dabar pažvelgtumėte į laidą, tarkime, tai varinė viela, tuomet galite savęs paklausti: ko reikia, kad jame atsirastų elektros srovė? Yra įkrautų dalelių, elektronų, jie gali laisvai judėti.
Kas privers juos judėti? Yra žinoma, kad elektra įkrauta dalelė sąveikauja su elektriniu lauku. Todėl laide turi būti sukurtas elektrinis laukas, tada kiekviename laido taške atsiras potencialas, tarp laido galų atsiras potencialų skirtumas ir elektronai judės lauko kryptimi — į kryptis nuo «-» iki «+», tai yra priešinga elektrinio lauko stiprumo vektoriui. Elektrinis laukas pagreitins elektronus, padidindamas jų (kinetinę ir magnetinę) energiją.
Dėl to, jei svarstysime, kad elektrinis laukas tiesiog veikiamas išoriškai ant laido (laidą įdėjome į elektrinį lauką pagal jėgos linijas), elektronai kaupsis viename laido gale ir jame atsiras neigiamas krūvis. pabaigoje, o kadangi elektronai perkeliami iš kito laido galo, tada ant jo bus teigiamas krūvis.
Dėl to laidininko elektrinis laukas, įkraunamas iš išorės veikiančio elektrinio lauko, bus tokios krypties, kad susilpnintų išorinį elektrinį lauką nuo jo veikimo.
Krūvių perskirstymo procesas tęsis beveik akimirksniu, o jam pasibaigus srovė sustos. Susidaręs elektrinis laukas laidininko viduje taps nuliu, o jėga galuose bus vienodo dydžio, bet priešingos krypties nei išorėje veikiamas elektrinis laukas.
Jei elektrinį lauką laidininke sukuria nuolatinės srovės šaltinis, pavyzdžiui, baterija, tada toks šaltinis taps laidininko išorinių jėgų šaltiniu, tai yra šaltiniu, kuris laidininke sukurs nuolatinį EML. ir išlaikyti potencialų skirtumą.Akivaizdu, kad tam, kad srovę išlaikytų išorinis jėgos šaltinis, grandinė turi būti uždaryta.