Kakšno je usmerjeno gibanje nabitih delcev? Za mnoge je to nerazumljivo področje, v resnici pa je vse zelo preprosto. Torej, ko govorijo o usmerjenem gibanju nabitih delcev, mislijo na tok. Oglejmo si njegove glavne značilnosti in formulacije ter razmislimo o varnostnih vprašanjih pri delu z njim.
Splošne informacije
Začnite z definicijo. Pod električnim tokom vedno razumemo urejeno (usmerjeno) gibanje nabitih delcev, ki poteka pod vplivom električnega polja. Katere vrste predmetov je mogoče obravnavati v tem primeru? Delci pomenijo elektrone, ione, protone, luknje. Pomembno je tudi vedeti, kakšna je trenutna moč. To je število nabitih delcev, ki tečejo skozi prerez prevodnika na enoto časa.
Narava pojava
Vse fizične snovi so sestavljene iz molekul, ki so sestavljene iz atomov. Prav tako niso končni material, ker imajo elemente (jedro in elektrone, ki se vrtijo okoli njega). Vse kemične reakcije spremlja gibanje delcev. Na primer, s sodelovanjem elektronov bodo nekateri atomi doživeli pomanjkanje, drugi pa presežek. V tem primeru imajo snovi nasprotne naboje. Če pride do njunega stika, bodo elektroni iz enega težili k drugemu.
Takšna fizična narava elementarnih delcev pojasnjuje bistvo električnega toka. To usmerjeno gibanje nabitih delcev se bo nadaljevalo, dokler se vrednosti ne izenačijo. V tem primeru je reakcija sprememb verižna. Z drugimi besedami, namesto odpadlega elektrona pride na njegovo mesto drug. Za zamenjavo se uporabljajo delci sosednjega atoma. A tudi tu se veriga ne konča. Elektron lahko pride tudi do skrajnega atoma, na primer z negativnega pola vira tekočega toka.
Primer takšne situacije je baterija. Z negativne strani prevodnika se elektroni premaknejo na pozitivni pol vira. Ko zmanjka vseh delcev v negativno okuženi komponenti, se tok ustavi. V tem primeru se reče, da je baterija prazna. Kolikšna je hitrost usmerjenega gibanja nabitih delcev, ki se gibljejo na ta način? Odgovor na to vprašanje ni tako enostaven, kot se morda zdi na prvi pogled.
Vloga stresa
Za kaj se uporablja ta koncept? Napetost je značilnost električnega polja, ki je potencialna razlika med dvema točkama, ki sta v njem. Mnogim se to morda zdi zmedeno. Ko gre za usmerjeno (urejeno) gibanje nabitih delcev, potem morate razumeti napetost.
Predstavljajmo si, da imamo preprostega dirigenta. To je lahko žica iz kovine, kot je baker ali aluminij. V našem primeru to ni tako pomembno. Masa elektrona je 9,10938215(45)×10-31kg. To pomeni, da je precej materialna. Toda kovinski prevodnik je trden. Kako torej lahko elektroni tečejo skozenj?
Zakaj je lahko tok v kovinskih izdelkih
Obrnimo se k osnovam kemije, ki se jih je imel vsak od nas priložnost naučiti v šoli. Če je število elektronov v snovi enako številu protonov, je zagotovljena nevtralnost elementa. Na podlagi periodičnega zakona Mendelejeva je določeno, s katero snovjo je treba obravnavati. Odvisno je od števila protonov in nevtronov. Nemogoče je prezreti veliko razliko med maso jedra in elektronov. Če jih odstranimo, bo teža atoma ostala praktično nespremenjena.
Na primer, masa protona je približno 1836 večja od vrednosti elektrona. Toda ti mikroskopski delci so zelo pomembni, saj zlahka zapustijo nekatere atome in se pridružijo drugim. Hkrati pa zmanjšanje ali povečanje njihovega števila vodi dospremeniti naboj atoma. Če upoštevamo en sam atom, bo njegovo število elektronov vedno spremenljivo. Nenehno odhajajo in se vračajo. To je posledica toplotnega gibanja in izgube energije.
Kemična specifičnost fizičnega pojava
Ko pride do usmerjenega gibanja električno nabitih delcev, se atomska masa ne izgubi? Ali se sestava prevodnika spremeni? To je zelo pomembna napačna predstava, ki marsikoga zmede. Odgovor v tem primeru je le negativen. To je posledica dejstva, da kemični elementi niso določeni z njihovo atomsko maso, temveč s številom protonov, ki so v jedru. Prisotnost ali odsotnost elektronov/nevtronov v tem primeru ne igra vloge. V praksi je videti takole:
- Dodaj ali odštej elektrone. Izkazalo se je ion.
- Dodaj ali odštej nevtrone. Izkazalo se je, da je izotop.
Kemični element se ne spremeni. Toda s protoni je situacija drugačna. Če je samo ena, potem imamo vodik. Dva protona - in govorimo o heliju. Trije delci so litij. itd. Tisti, ki jih zanima nadaljevanje, si lahko ogledajo periodično tabelo. Ne pozabite: čeprav je tok tisočkrat preveden skozi prevodnik, se njegova kemična sestava ne bo spremenila. Ampak morda drugače.
Elektroliti in druge zanimive točke
Posebnost elektrolitov je, da se spreminja njihova kemična sestava. Nato pod vplivom toka,elektrolitskih elementov. Ko bo njihov potencial izčrpan, se bo usmerjeno gibanje nabitih delcev ustavilo. To stanje je posledica dejstva, da so nosilci naboja v elektrolitih ioni.
Poleg tega obstajajo kemični elementi brez elektronov. Primer bi bil:
- Atomski kozmični vodik.
- Vse snovi, ki so v stanju plazme.
- Plini v zgornji atmosferi (ne samo Zemlja, ampak tudi drugi planeti, kjer so zračne mase).
- Vsebina pospeševalnikov in trkalnikov.
Upoštevati je treba tudi, da se lahko pod vplivom električnega toka nekatere kemikalije dobesedno razpadejo. Dobro znan primer je varovalka. Kako to izgleda na mikro ravni? Gibajoči se elektroni potiskajo atome na njihovi poti. Če je tok zelo močan, kristalna mreža prevodnika ne zdrži in se uniči, snov pa se stopi.
Nazaj na hitrost
Prej se je te točke površno dotaknilo. Zdaj pa si ga pobliže oglejmo. Treba je opozoriti, da koncept hitrosti usmerjenega gibanja nabitih delcev v obliki električnega toka ne obstaja. To je posledica dejstva, da se različne vrednote prepletajo. Torej, električno polje se širi skozi prevodnik s hitrostjo, ki je blizu gibanju svetlobe, to je približno 300.000 kilometrov na sekundo.
Pod njegovim vplivom se vsi elektroni začnejo premikati. Toda njihova hitrostzelo majhen. To je približno 0,007 milimetra na sekundo. Hkrati pa tudi naključno hitijo v toplotnem gibanju. V primeru protonov in nevtronov je situacija drugačna. Preveliki so, da bi se jim lahko zgodili isti dogodki. Praviloma ni treba govoriti o njihovi hitrosti tako blizu vrednosti svetlobe.
Fizični parametri
Sedaj pa poglejmo, kaj je gibanje nabitih delcev v električnem polju s fizičnega vidika. Če želite to narediti, si predstavljamo, da imamo kartonsko škatlo, v kateri je 12 steklenic gazirane pijače. Hkrati se poskuša tam postaviti še en zabojnik. Recimo, da je uspelo. Toda škatla je komaj preživela. Ko poskušate vstaviti drugo steklenico, se ta zlomi in vse posode padejo ven.
Zadevno škatlo lahko primerjamo s prečnim prerezom vodnika. Višji kot je ta parameter (debelejša žica), večji tok lahko zagotovi. To določa, kakšen volumen ima lahko usmerjeno gibanje nabitih delcev. V našem primeru lahko škatla, ki vsebuje od ene do dvanajst steklenic, zlahka izpolni predvideni namen (ne bo počila). Po analogiji lahko rečemo, da prevodnik ne bo gorel.
Če presežete navedeno vrednost, objekt ne bo uspel. V primeru prevodnika pride v poštev upor. Ohmov zakon zelo dobro opisuje usmerjeno gibanje električno nabitih delcev.
Razmerje med različnimi fizičnimi parametri
Na škatloiz našega primera lahko postavite še enega. V tem primeru lahko na enoto površine postavimo ne 12, ampak kar 24 steklenic. Dodamo še enega - in jih je šestintrideset. Eno od polj je mogoče obravnavati kot fizično enoto, podobno napetosti.
Širši kot je (s čimer se zmanjša upor), več steklenic (ki v našem primeru nadomestijo tok) lahko postavite. S povečanjem sklada škatel lahko postavite dodatne posode na enoto površine. V tem primeru se moč poveča. To ne uniči škatle (prevodnika). Tukaj je povzetek te analogije:
- Skupno število steklenic poveča moč.
- Število posod v polju označuje trenutno moč.
- Število škatel v višino vam omogoča, da ocenite napetost.
- Širina škatle daje predstavo o upornosti.
Možne nevarnosti
O tem, da se usmerjeno gibanje nabitih delcev imenuje tok, smo že razpravljali. Treba je opozoriti, da je ta pojav lahko nevaren za zdravje ljudi in celo življenje. Tukaj je povzetek lastnosti električnega toka:
- Zagotavlja ogrevanje prevodnika, skozi katerega teče. Če je gospodinjsko električno omrežje preobremenjeno, se bo izolacija postopoma zoglela in sesula. Posledično obstaja možnost kratkega stika, ki je zelo nevaren.
- Električni tok, ko teče skozi gospodinjske aparate in žice, se srečaodpornost materialov, ki tvorijo elemente. Zato izbere pot, ki ima najmanjšo vrednost za ta parameter.
- Če pride do kratkega stika, se moč toka močno poveča. Pri tem se sprosti znatna količina toplote. Lahko tali kovino.
- Zaradi vdora vlage lahko pride do kratkega stika. V primerih, o katerih smo govorili prej, se bližnji predmeti zasvetijo, vendar v tem primeru ljudje vedno trpijo.
- Električni udar predstavlja veliko nevarnost. Zelo verjetno je celo usodno. Ko električni tok teče skozi človeško telo, se upor tkiv močno zmanjša. Začnejo se segrevati. V tem primeru se celice uničijo in živčni končiči odmrejo.
Varnostne težave
Da bi se izognili izpostavljenosti električnemu toku, morate uporabljati posebno zaščitno opremo. Delo je treba izvajati v gumijastih rokavicah z uporabo podloge iz istega materiala, izpustnih palic, pa tudi ozemljitvenih naprav za delovna mesta in opremo.
Stikala z različnimi zaščitami so se izkazala kot dobra naprava, ki lahko človeku reši življenje.
Prav tako ne smemo pozabiti na osnovne varnostne ukrepe pri delu. Če pride do požara, ki vključuje električno opremo, lahko uporabite samo gasilne aparate na ogljikov dioksid in prah. Slednji kažejo najboljši rezultat v boju proti požaru, vendar opreme, pokrite s prahom, ni vedno mogoče obnoviti.
Sklep
Na primerih, razumljivih vsakemu bralcu, smo ugotovili, da urejeno usmerjeno gibanje nabitih delcev imenujemo električni tok. To je zelo zanimiv pojav, pomemben tako s stališč fizike kot s kemije. Električni tok je človeku neutruden pomočnik. Vendar je treba z njim ravnati previdno. Članek obravnava varnostna vprašanja, na katera je treba posvetiti pozornost, če ni želje po smrti.
