Какво е насоченото движение на заредените частици? За мнозина това е неразбираема област, но всъщност всичко е много просто. Така че, когато говорят за насочено движение на заредени частици, те имат предвид ток. Нека разгледаме основните му характеристики и формулировки, както и да разгледаме проблемите със сигурността при работа с него.
Обща информация
Започнете с определение. Под електрически ток винаги се разбира подреденото (насочено) движение на заредени частици, което се осъществява под въздействието на електрическо поле. Какви обекти могат да се разглеждат в този случай? Частиците означават електрони, йони, протони, дупки. Също така е важно да знаете каква е силата в момента. Това е броят на заредените частици, които преминават през напречното сечение на проводника за единица време.
Природа на явлението
Всички физически вещества са изградени от молекули, които са образувани от атоми. Те също не са крайният материал, защото имат елементи (ядро и електрони, въртящи се около него). Всички химични реакции са придружени от движение на частици. Например, с участието на електрони, някои атоми ще изпитат своя дефицит, докато други ще изпитат излишък. В този случай веществата имат противоположни заряди. Ако се случи техният контакт, тогава електроните от единия ще се стремят да отидат към другия.
Такава физическа природа на елементарните частици обяснява същността на електрическия ток. Това насочено движение на заредени частици ще продължи, докато стойностите се изравнят. В този случай реакцията на промените е верига. С други думи, вместо заминалия електрон, на негово място идва друг. За заместване се използват частици от съседния атом. Но и веригата не свършва дотук. Един електрон може да дойде и до крайния атом, например от отрицателния полюс на източника на протичащия ток.
Пример за такава ситуация е батерия. От отрицателната страна на проводника електроните се движат към положителния полюс на източника. Когато всички частици в отрицателно заразения компонент изтекат, токът спира. В този случай се казва, че батерията е изтощена. Каква е скоростта на насоченото движение на движещите се по този начин заредени частици? Отговорът на този въпрос не е толкова лесен, колкото може да изглежда на пръв поглед.
Ролята на стреса
За какво се използва тази концепция? Напрежението е характеристика на електрическото поле, което е потенциалната разлика между две точки, които се намират вътре в него. За мнозина това може да изглежда объркващо. Когато става въпрос за насочено (подредено) движение на заредени частици, тогава трябва да разберете напрежението.
Нека си представим, че имаме прост проводник. Това може да бъде метален проводник, като мед или алуминий. В нашия случай това не е толкова важно. Масата на електрона е 9,10938215(45)×10-31kg. Това означава, че е доста материално. Но металът на проводника е твърд. Как тогава електроните могат да протичат през него?
Защо може да има ток в металните изделия
Нека се обърнем към основите на химията, които всеки от нас имаше възможността да научи в училище. Ако броят на електроните в веществото е равен на броя на протоните, тогава неутралността на елемента е осигурена. Въз основа на периодичния закон на Менделеев се определя с кое вещество трябва да се работи. Зависи от броя на протоните и неутроните. Невъзможно е да се пренебрегне голямата разлика между масите на ядрото и електроните. Ако бъдат премахнати, тогава теглото на атома ще остане практически непроменено.
Например, масата на протон е приблизително 1836 по-голяма от стойността на електрона. Но тези микроскопични частици са много важни, защото могат лесно да напуснат едни атоми и да се присъединят към други. В същото време намаляването или увеличаването на техния брой води доза промяна на заряда на атома. Ако разгледаме един атом, тогава неговият брой електрони винаги ще бъде променлив. Постоянно си тръгват и се връщат. Това се дължи на термично движение и загуба на енергия.
Химична специфика на физическо явление
Когато има насочено движение на електрически заредени частици, не се ли губи атомната маса? Променя ли се съставът на проводника? Това е много важно погрешно схващане, което обърква мнозина. Отговорът в този случай е само отрицателен. Това се дължи на факта, че химическите елементи се определят не от тяхната атомна маса, а от броя на протоните, които се намират в ядрото. Наличието или отсъствието на електрони/неутрони не играе роля в този случай. На практика изглежда така:
- Добавяне или изваждане на електрони. Оказва се йон.
- Добавяне или изваждане на неутрони. Оказва се изотоп.
Химическият елемент не се променя. Но с протоните ситуацията е различна. Ако е само един, значи имаме водород. Два протона - и говорим за хелий. Трите частици са литиеви. И т.н. Тези, които се интересуват от продължението, могат да разгледат периодичната таблица. Запомнете: въпреки че ток преминава през проводник хиляди пъти, неговият химичен състав няма да се промени. Но може би иначе.
Електролити и други интересни точки
Особеността на електролитите е, че се променя химичният им състав. След това, под въздействието на тока,електролитни елементи. Когато потенциалът им се изчерпи, насоченото движение на заредените частици ще спре. Тази ситуация се дължи на факта, че носители на заряд в електролитите са йони.
В допълнение, има химически елементи без електрони изобщо. Пример би бил:
- Атомен космически водород.
- Всички вещества, които са в състояние на плазма.
- Газове в горните слоеве на атмосферата (не само Земята, но и други планети, където има въздушни маси).
- Съдържание на ускорители и колайдери.
Трябва да се отбележи също, че под въздействието на електрически ток някои химикали могат буквално да се разпаднат. Добре известен пример е предпазител. Как изглежда на микро ниво? Движещите се електрони избутват атомите по пътя им. Ако токът е много силен, тогава кристалната решетка на проводника не може да издържи и се разрушава и веществото се стопява.
Обратно към скоростта
По-рано тази точка беше повърхностно засегната. Сега нека го разгледаме по-отблизо. Трябва да се отбележи, че концепцията за скоростта на насоченото движение на заредени частици под формата на електрически ток не съществува. Това се дължи на факта, че различни ценности са преплетени. И така, електрическо поле се разпространява през проводник със скорост, близка до движението на светлината, тоест около 300 000 километра в секунда.
Под негово влияние всички електрони започват да се движат. Но тяхната скоростмного малък. Това е приблизително 0,007 милиметра в секунда. В същото време те също се движат произволно в термично движение. При протоните и неутроните ситуацията е различна. Те са твърде големи, за да им се случат едни и същи събития. По правило не е необходимо да се говори за скоростта им толкова близка до стойността на светлината.
Физически параметри
Сега нека да разгледаме какво е движението на заредените частици в електрическо поле от физическа гледна точка. За да направите това, нека си представим, че имаме картонена кутия, която съдържа 12 бутилки газирана напитка. В същото време се прави опит да се постави още един контейнер там. Да приемем, че успя. Но кутията едва оцеля. Когато се опитате да поставите друга бутилка, тя се счупва и всички контейнери падат.
Въпросната кутия може да се сравни с напречното сечение на проводник. Колкото по-висок е този параметър (по-дебел проводник), толкова по-голям ток може да осигури. Това определя какъв обем може да има насоченото движение на заредените частици. В нашия случай кутия, съдържаща от една до дванадесет бутилки, може лесно да изпълни предназначението си (няма да се спука). По аналогия можем да кажем, че проводникът няма да изгори.
Ако надвишите посочената стойност, обектът ще се провали. В случай на проводник, съпротивлението ще влезе в игра. Законът на Ом много добре описва насоченото движение на електрически заредени частици.
Връзка между различни физически параметри
На кутияот нашия пример можете да поставите още един. В този случай на единица площ могат да се поставят не 12, а цели 24 бутилки. Добавяме още един - и има тридесет и шест от тях. Една от кутиите може да се разглежда като физическа единица, аналогична на напрежението.
Колкото по-широк е (по този начин намалява съпротивлението), толкова повече бутилки (които в нашия пример заместват тока) могат да бъдат поставени. Като увеличите купчината от кутии, можете да поставите допълнителни контейнери на единица площ. В този случай мощността се увеличава. Това не унищожава кутията (проводника). Ето обобщение на тази аналогия:
- Общият брой бутилки увеличава мощността.
- Броят на контейнерите в кутията показва текущата сила.
- Броят на кутиите във височина ви позволява да прецените напрежението.
- Ширината на кутията дава представа за съпротивлението.
Възможни опасности
Вече обсъдихме, че насоченото движение на заредените частици се нарича ток. Трябва да се отбележи, че това явление може да бъде опасно за човешкото здраве и дори за живота. Ето обобщение на свойствата на електрическия ток:
- Осигурява нагряване на проводника, през който протича. Ако битовата електрическа мрежа е претоварена, тогава изолацията постепенно ще се овъгли и ще се разпадне. В резултат на това има вероятност от късо съединение, което е много опасно.
- Електрическият ток, когато протича през домакински уреди и проводници, се срещаустойчивост на елементите, формиращи материали. Следователно, той избира пътя, който има минималната стойност за този параметър.
- Ако възникне късо съединение, силата на тока рязко се увеличава. Това отделя значително количество топлина. Може да стопи метал.
- Може да възникне късо съединение поради проникване на влага. В случаите, обсъдени по-рано, близките обекти светват, но в този случай хората винаги страдат.
- Електрически удар крие значителна опасност. Много вероятно е дори фатално. Когато електрически ток протича през човешкото тяло, съпротивлението на тъканите се намалява значително. Започват да се нагряват. В този случай клетките се унищожават и нервните окончания умират.
Проблеми със сигурността
За да избегнете излагане на електрически ток, трябва да използвате специално защитно оборудване. Работата трябва да се извършва в гумени ръкавици, като се използва подложка от същия материал, разтоварващи пръти, както и заземяващи устройства за работни места и оборудване.
Превключвателите с различни защити се оказаха добри като устройство, което може да спаси живота на човек.
Също така, не трябва да забравяме за основните предпазни мерки при работа. Ако възникне пожар, включващ електрическо оборудване, могат да се използват само пожарогасители с въглероден диоксид и прах. Последните показват най-добрия резултат в борбата с огъня, но оборудването, покрито с прах, не винаги може да бъде възстановено.
Заключение
С примери, разбираеми за всеки читател, установихме, че подреденото насочено движение на заредените частици се нарича електрически ток. Това е много интересно явление, важно както от позициите на физиката, така и от химията. Електрическият ток е неуморим помощник на човека. Въпреки това, с него трябва да се работи внимателно. Статията разглежда въпросите за сигурността, на които трябва да се обърне внимание, ако няма желание за смърт.
