(provodljivost elektron-rupa). Ponekad se električna struja naziva i struja pomaka, koja je rezultat promjene vremena električnog polja.

Električna struja ima sljedeće manifestacije:

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

✪ ELEKTRIČNE STRUJE FIZIKA razred 8

✪ Električna struja

✪ #9 Električna struja i elektroni

✪ Šta je električna struja [Ham Radio TV 2]

✪ ŠTA ĆE SE DESITI UKOLIKO STRUJNI UDAR

Titlovi

Klasifikacija

Ako se nabijene čestice kreću unutar makroskopskih tijela u odnosu na određeni medij, tada se takva struja naziva električna struja provodljivosti. Ako se makroskopska nabijena tijela kreću (na primjer, nabijene kapi kiše), tada se ova struja naziva konvekcija .

Postoje jednosmerne i naizmenične električne struje, kao i sve vrste naizmenične struje. U takvim terminima, riječ "električni" se često izostavlja.

• DC struja - struja čiji se smjer i veličina ne mijenjaju s vremenom.

Vrtložne struje

Vrtložne struje (Foucaultove struje) su „zatvorene električne struje u masivnom vodiču koje nastaju kada se mijenja magnetni tok koji prodire u njega“, dakle, vrtložne struje su indukcijske struje. Što se brže mijenja magnetni tok, to su jače vrtložne struje. Vrtložne struje ne teku duž određenih staza u žicama, već, zatvarajući se u vodiču, formiraju konture poput vrtloga.

Postojanje vrtložnih struja dovodi do skin efekta, odnosno do činjenice da se naizmjenična električna struja i magnetski tok šire uglavnom u površinskom sloju provodnika. Zagrijavanje provodnika vrtložnim strujama dovodi do gubitaka energije, posebno u jezgrama namotaja naizmjenične struje. Da bi se smanjili gubici energije zbog vrtložnih struja, magnetski krugovi naizmjenične struje podijeljeni su u zasebne ploče, izolirane jedna od druge i smještene okomito na smjer vrtložnih struja, što ograničava moguće konture njihovih putanja i uvelike smanjuje veličinu ovih struja. . Na vrlo visokim frekvencijama, umjesto feromagneta, za magnetna kola se koriste magnetodielektrici u kojima se, zbog vrlo velikog otpora, praktički ne javljaju vrtložne struje.

Karakteristike

Istorijski je to prihvaćeno strujni pravac poklapa se sa smjerom kretanja pozitivnih naboja u provodniku. U ovom slučaju, ako su jedini nosioci struje negativno nabijene čestice (na primjer, elektroni u metalu), tada je smjer struje suprotan smjeru kretanja nabijenih čestica. .

Brzina drifta elektrona

Otpornost na zračenje je uzrokovana stvaranjem elektromagnetnih valova oko vodiča. Ovaj otpor je u kompleksnoj zavisnosti od oblika i dimenzija provodnika, od talasne dužine emitovanog talasa. Za jedan pravolinijski provodnik, u kojem je struja svuda istog smjera i jačine, i čija je dužina L mnogo manja od dužine elektromagnetnog talasa koji emituje λ (\displaystyle \lambda ), ovisnost otpora o talasnoj dužini i provodniku je relativno jednostavna:

R = 3200 (L λ) (\displaystyle R=3200\lijevo((\frac (L)(\lambda))\desno))

Najviše se koristi električna struja sa standardnom frekvencijom od 50 Hz odgovara talasu dužine oko 6 hiljada kilometara, zbog čega je snaga zračenja obično zanemarljivo mala u odnosu na snagu gubitka toplote. Međutim, kako se frekvencija struje povećava, duljina emitiranog vala se smanjuje, a snaga zračenja se u skladu s tim povećava. Provodnik koji može zračiti značajnu energiju naziva se antena.

Frekvencija

Frekvencija se odnosi na naizmjeničnu struju koja povremeno mijenja snagu i/ili smjer. Ovo također uključuje najčešće korištenu struju, koja varira prema sinusoidnom zakonu.

Period naizmjenične struje je najkraći vremenski period (izražen u sekundama) nakon kojeg se promjene struje (i napona) ponavljaju. Broj perioda koje struja završi u jedinici vremena naziva se frekvencija. Frekvencija se mjeri u hercima, jedan herc (Hz) odgovara jednom periodu u sekundi.

Bias current

Ponekad se, radi praktičnosti, uvodi koncept struje pomaka. U Maxwellovim jednačinama, struja pomaka je prisutna na jednaka prava sa strujom uzrokovanom kretanjem naelektrisanja. Intenzitet magnetsko polje zavisi od ukupne električne struje, koja je jednaka zbroju struje provodljivosti i struje pomaka. Po definiciji, gustina struje pristrasnosti j D → (\displaystyle (\vec (j_(D)))- vektorska veličina proporcionalna brzini promjene električnog polja E → (\displaystyle (\vec (E))) na vrijeme:

j D → = ∂ E → ∂ t (\displaystyle (\vec (j_(D)))=(\frac (\partial (\vec (E)))(\partial t)))

Činjenica je da kada se električno polje promijeni, kao i kada teče struja, nastaje magnetsko polje, što čini ova dva procesa sličan prijatelj na prijatelja. Osim toga, promjena električnog polja obično je praćena prijenosom energije. Na primjer, prilikom punjenja i pražnjenja kondenzatora, unatoč činjenici da nema pomicanja nabijenih čestica između njegovih ploča, oni govore o struji pomaka koja teče kroz njega, noseći neku energiju i zatvarajući električni krug na neobičan način. Bias current I D (\displaystyle I_(D)) u kondenzatoru se određuje formulom:

I D = d Q d t = − C d U d t (\displaystyle I_(D)=(\frac ((\rm (d))Q)((\rm (d))t))=-C(\frac ( (\rm (d))U)((\rm (d))t))),

gdje Q (\displaystyle Q)- punjenje na pločama kondenzatora, U (\displaystyle U)- potencijalna razlika između ploča, C (\displaystyle C) je kapacitet kondenzatora.

Struja pomaka nije električna struja, jer nije povezana s kretanjem električnog naboja.

Glavne vrste provodnika

Za razliku od dielektrika, provodnici sadrže slobodne nosioce nekompenziranih naboja, koji se pod djelovanjem sile, obično razlike električnih potencijala, pokreću i stvaraju električnu struju. Strujno-naponska karakteristika (ovisnost jačine struje o naponu) je najvažnija karakteristika provodnika. Za metalne provodnike i elektrolite ima najjednostavniji oblik: struja je direktno proporcionalna naponu (omov zakon).

Metali - ovdje su nosioci struje elektroni provodljivosti, koji se obično smatraju elektronskim plinom, jasno pokazujući kvantna svojstva degeneriranog plina.

Plazma je jonizovani gas. Električni naboj nose joni (pozitivni i negativni) i slobodni elektroni, koji nastaju pod uticajem zračenja (ultraljubičastog, rendgenskog i dr.) i (ili) zagrijavanja.

Elektroliti - "tečne ili čvrste supstance i sistemi u kojima su joni prisutni u bilo kojoj primjetnoj koncentraciji, uzrokujući prolazak električne struje". Ioni nastaju u procesu elektrolitičke disocijacije. Kada se zagriju, otpor elektrolita se smanjuje zbog povećanja broja molekula razloženih na ione. Kao rezultat prolaska struje kroz elektrolit, ioni se približavaju elektrodama i neutraliziraju se, taložeći se na njima. Faradejevi zakoni elektrolize određuju masu supstance koja se oslobađa na elektrodama.

Postoji i električna struja elektrona u vakuumu, koja se koristi u uređajima s katodnim zrakama.

Električne struje u prirodi

Električna struja se koristi kao nosilac signala različite složenosti i vrste u različitim oblastima (telefon, radio, kontrolna tabla, dugme brava i tako dalje).

U nekim slučajevima se pojavljuju neželjene električne struje, kao što su lutajuće struje ili struja kratkog spoja.

Upotreba električne struje kao nosioca energije

• dobijanje mehaničke energije u raznim elektromotorima,
• dobijanje toplotne energije u uređajima za grejanje, električnim pećima, tokom elektro zavarivanja,
• dobijanje svetlosne energije u rasvetnim i signalnim uređajima,
• uzbuđenje elektromagnetne oscilacije visoke frekvencije, ultra visoke frekvencije i radio valovi,
• primanje zvuka,
• dobijanje raznih supstanci elektrolizom, punjenje električnih baterija. Ovdje se elektromagnetna energija pretvara u kemijsku energiju.
• stvaranje magnetnog polja (u elektromagnetima).

Upotreba električne struje u medicini

• dijagnostika - biostruje zdravih i bolesnih organa su različite, a moguće je utvrditi bolest, njene uzroke i propisati liječenje. Grana fiziologije koja proučava električnih pojava u tijelu naziva se elektrofiziologija.
  • Elektroencefalografija je metoda za proučavanje funkcionalnog stanja mozga.
  • Elektrokardiografija je tehnika za snimanje i proučavanje električnih polja tokom rada srca.
  • Elektrogastrografija je metoda za proučavanje motoričke aktivnosti želuca.
  • Elektromiografija je metoda za proučavanje bioelektričnih potencijala koji se javljaju u skeletnim mišićima.
• Liječenje i reanimacija: električna stimulacija određenih područja mozga; liječenje Parkinsonove bolesti i epilepsije, također za elektroforezu. Pejsmejker koji stimuliše srčani mišić pulsnom strujom koristi se za bradikardiju i druge srčane aritmije.

električna sigurnost

Obuhvata pravne, socio-ekonomske, organizaciono-tehničke, sanitarno-higijenske, medicinsko-preventivne, rehabilitacione i druge mjere. Pravila električne sigurnosti regulisana su pravnim i tehničkim dokumentima, regulatornim i tehničkim okvirom. Poznavanje osnova električne sigurnosti je obavezno za osoblje koje servisira električne instalacije i elektro opremu. Ljudsko tijelo je provodnik električne struje. Otpornost ljudi sa suvom i netaknutom kožom kreće se od 3 do 100 kOhm.

Struja koja prolazi kroz ljudsko ili životinjsko tijelo proizvodi sljedeće radnje:

• termički (opekotine, zagrijavanje i oštećenje krvnih žila);
• elektrolitički (razgradnja krvi, kršenje fizičko-hemijskog sastava);
• biološki (iritacija i ekscitacija tjelesnih tkiva, konvulzije)
• mehanički (pucanje krvnih sudova pod dejstvom pritiska pare dobijenog zagrevanjem uz protok krvi)

Glavni faktor koji određuje ishod električnog udara je količina struje koja prolazi kroz ljudsko tijelo. Prema sigurnosnom inženjerstvu, električna struja se klasificira na sljedeći način:

• sigurno smatra se struja čiji dug prolazak kroz ljudsko tijelo mu ne šteti i ne izaziva nikakve senzacije, njena vrijednost ne prelazi 50 μA (izmjenična struja 50 Hz) i 100 μA jednosmerna struja;
• minimalno uočljivo ljudska naizmjenična struja je oko 0,6-1,5 mA (naizmjenična struja 50 Hz) i 5-7 mA jednosmjerna struja;
• prag neumoljiv naziva se minimalna struja takve sile pri kojoj osoba više nije u stanju naporom volje otrgnuti ruke od dijela koji nosi struju. Za naizmjeničnu struju, to je oko 10-15 mA, za jednosmjernu struju - 50-80 mA;
• prag fibrilacije naziva se naizmenična struja (50 Hz) od oko 100 mA i 300 mA jednosmerne struje, čije dejstvo je duže od 0,5 s sa velikom verovatnoćom da izazove fibrilaciju srčanih mišića. Ovaj prag se istovremeno smatra uslovno smrtonosnim za ljude.

U Rusiji, u skladu sa Pravilima za tehnički rad električnih instalacija potrošača i Pravilima za zaštitu rada tokom rada električnih instalacija, uspostavljeno je 5 kvalifikacionih grupa za električnu sigurnost, u zavisnosti od kvalifikacija i iskustva zaposlenog i napon električnih instalacija.

U provodnicima, pod određenim uslovima, može doći do neprekidnog uređenog kretanja slobodnih nosilaca električnog naboja. Takav pokret se zove strujni udar. Za smjer kretanja električne struje uzima se smjer kretanja pozitivnih slobodnih naboja, iako se u većini slučajeva kreću elektroni – negativno nabijene čestice.

Kvantitativna mjera električne struje je jačina struje I je skalarna fizička veličina jednaka omjeru naboja q, prenosi se kroz poprečni presjek provodnika za vremenski interval t, do ovog vremenskog intervala:

Ako struja nije konstantna, tada se za pronalaženje količine naboja koja prolazi kroz vodič izračunava površina figure ispod grafa ovisnosti jačine struje o vremenu.

Ako se jačina struje i njen smjer ne mijenjaju s vremenom, onda se takva struja naziva trajno. Jačina struje se mjeri ampermetrom, koji je serijski spojen na kolo. AT međunarodni sistem Jačina struje u jedinicama SI mjeri se u amperima [A]. 1 A = 1 C/s.

Nalazi se kao omjer ukupnog naboja i ukupnog vremena (tj., prema istom principu kao i prosječna brzina ili bilo koja druga prosječna vrijednost u fizici):

Ako se struja ravnomjerno mijenja tokom vremena od vrijednosti I 1 za vrijednost I 2, tada se vrijednost prosječne struje može naći kao aritmetička sredina ekstremnih vrijednosti:

gustina struje- jačina struje po jedinici poprečnog presjeka vodiča izračunava se po formuli:

Kada struja teče kroz provodnik, struja doživljava otpor provodnika. Razlog otpora je interakcija naboja s atomima tvari vodiča i međusobno. Jedinica otpora je 1 ohm. Otpor provodnika R određuje se formulom:

gdje: l- dužina provodnika, S je njegova površina poprečnog presjeka, ρ - otpor materijala provodnika (pazite da potonju vrijednost ne pobrkate sa gustinom tvari), koja karakterizira sposobnost materijala provodnika da se odupre prolazu struje. Odnosno, ovo je ista karakteristika supstance, kao i mnoge druge: specifična toplota, gustina, tačka topljenja, itd. jedinica mjere otpornost 1 Ohm.m. Specifična otpornost supstance je tabelarna vrijednost.

Otpor vodiča zavisi i od njegove temperature:

gdje: R 0 – otpor provodnika na 0°S, t je temperatura izražena u stepen celzijus, α je temperaturni koeficijent otpora. Ona je jednaka relativnoj promjeni otpora kako temperatura poraste za 1°C. Za metale je uvijek veći od nule, za elektrolite, naprotiv, uvijek je manji od nule.

Dioda u DC kolu

Diode- Ovo je nelinearni element kola, čiji otpor zavisi od smera strujanja struje. Dioda je označena kako slijedi:

Strelica na shematskom simbolu diode pokazuje u kojem smjeru prolazi struja. U ovom slučaju, njegov otpor je nula, a dioda se može jednostavno zamijeniti vodičem s nultim otporom. Ako struja teče kroz diodu u suprotnom smjeru, tada dioda ima beskonačno veliki otpor, odnosno uopće ne propušta struju i predstavlja prekid u krugu. Tada se dio kruga s diodom može jednostavno precrtati, jer struja ne teče kroz njega.

Ohmov zakon. Serijsko i paralelno povezivanje provodnika

Njemački fizičar G. Ohm je 1826. eksperimentalno ustanovio da je strujna snaga I, koji teče kroz homogeni metalni provodnik (tj. provodnik u kojem ne djeluju vanjske sile) sa otporom R, proporcionalno naponu U na krajevima provodnika:

vrijednost R pozvao električni otpor . Provodnik sa električnim otporom naziva se otpornik. Ovaj odnos izražava Ohmov zakon za homogeni dio kola: Jačina struje u vodiču je direktno proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu provodnika.

Zovu se provodnici koji poštuju Ohmov zakon linearno. Grafička zavisnost jačine struje I od napona U(takvi grafovi se nazivaju strujno-naponske karakteristike, skraćeno VAC) je prikazan pravom linijom koja prolazi kroz početak. Treba napomenuti da postoje mnogi materijali i uređaji koji se ne pridržavaju Ohmovog zakona, kao što su poluvodička dioda ili lampa na plinsko pražnjenje. Čak i za metalne vodiče pri dovoljno visokim strujama, uočava se odstupanje od Ohmovog linearnog zakona, budući da električni otpor metalnih vodiča raste s povećanjem temperature.

Provodnici u električnim krugovima mogu se povezati na dva načina: serijski i paralelni. Svaka metoda ima svoje obrasce.

1. Obrasci serijske veze:

Formula za ukupni otpor serijski spojenih otpornika vrijedi za bilo koji broj vodiča. Ako je kolo spojeno serijski n isti otpor R, zatim ukupni otpor R 0 se nalazi po formuli:

2. Uzorci paralelna veza:

Formula za ukupni otpor paralelno spojenih otpornika vrijedi za bilo koji broj vodiča. Ako je kolo spojeno paralelno n isti otpor R, zatim ukupni otpor R 0 se nalazi po formuli:

Električni mjerni instrumenti

Za mjerenje napona i struja u DC električnim krugovima koriste se posebni uređaji - voltmetri i ampermetri.

Voltmetar dizajniran za mjerenje razlike potencijala primijenjene na njegove terminale. Povezan je paralelno sa dijelom kola na kojem se mjeri razlika potencijala. Svaki voltmetar ima neki unutrašnji otpor. R b. Kako voltmetar ne bi doveo do primjetne preraspodjele struja kada je priključen na mjereno kolo, njegov unutarnji otpor mora biti velik u odnosu na otpor dijela kola na koji je spojen.

Ampermetar dizajniran za mjerenje struje u kolu. Ampermetar je serijski spojen na prekid u električnom kolu tako da cijela izmjerena struja prolazi kroz njega. Ampermetar takođe ima određeni unutrašnji otpor. R A. Za razliku od voltmetra, unutrašnji otpor ampermetra mora biti dovoljno mali u poređenju sa ukupnim otporom čitavog kola.

EMF. Ohmov zakon za kompletno kolo

Za postojanje jednosmerne struje potrebno je imati uređaj u električnom zatvorenom kolu sposoban da stvara i održava razlike potencijala u delovima kola usled rada sila neelektrostatičkog porekla. Takvi uređaji se nazivaju izvori jednosmerne struje. Zovu se sile neelektrostatičkog porijekla koje djeluju na slobodne nosioce naboja iz izvora struje spoljne sile.

Priroda vanjskih sila može biti različita. U galvanskim ćelijama ili baterijama nastaju kao rezultat elektrohemijskih procesa, u DC generatorima vanjske sile nastaju kada se vodiči kreću u magnetskom polju. Pod djelovanjem vanjskih sila, električni naboji se kreću unutar izvora struje protiv sila elektrostatičkog polja, zbog čega se može održavati konstantna električna struja u zatvorenom kolu.

Kada se električni naboji kreću duž istosmjernog kola, vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje rade. Fizička količina, jednak omjeru rada A st vanjske sile pri kretanju naboja q od negativnog pola izvora struje do pozitivnog na vrijednost ovog naboja, naziva se elektromotorna sila izvora (EMF):

Dakle, EMF je određen radom vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja. Elektromotorna sila, kao i razlika potencijala, mjeri se u voltima (V).

Ohmov zakon za kompletno (zatvoreno) kolo: jačina struje u zatvorenom kolu jednaka je elektromotornoj sili izvora podijeljenoj s ukupnim (unutrašnjim + vanjskim) otporom kola:

Otpor r– unutrašnji (unutarnji) otpor izvora struje (zavisi od unutrašnja struktura izvor). Otpor R– otpor opterećenja (otpor vanjskog kola).

Pad napona u vanjskom kolu dok je jednak (takođe se zove napon na terminalima izvora):

Važno je razumjeti i zapamtiti: EMF i unutarnji otpor izvora struje ne mijenjaju se kada su različita opterećenja povezana.

Ako je otpor opterećenja nula (izvor se sam zatvara) ili mnogo manji od otpora izvora, tada će krug teći struja kratkog spoja:

Struja kratkog spoja - maksimalna struja koja se može dobiti dati izvor sa elektromotornom silom ε i unutrašnji otpor r. Za izvore sa malim unutrašnjim otporom, struja kratkog spoja može biti vrlo velika i uzrokovati uništenje električnog kola ili izvora. Na primjer, olovne baterije koje se koriste u automobilima mogu imati struju kratkog spoja od nekoliko stotina ampera. Posebno opasno kratki spojevi u rasvjetnim mrežama koje se napajaju iz trafostanica (hiljade ampera). Kako bi se izbjegao destruktivni učinak tako velikih struja, osigurači ili posebni prekidači su uključeni u strujni krug.

Višestruki EMF izvori u kolu

Ako krug sadrži nekoliko emfs povezanih u seriju, zatim:

1. Kod ispravnog (pozitivni pol jednog izvora je povezan sa negativnim drugog) veze izvora, ukupni EMF svih izvora i njihov unutrašnji otpor mogu se naći po formulama:

Na primjer, takvo povezivanje izvora se vrši u konzolama daljinski upravljač, kamere i ostali kućanski aparati napajani na više baterija.

2. Ako su izvori povezani pogrešno (izvori su povezani istim polovima), njihov ukupni EMF i otpor izračunavaju se po formulama:

U oba slučaja raste ukupni otpor izvora.

At paralelna veza ima smisla povezivati ​​izvore samo sa istim EMF-om, inače će se izvori isprazniti jedan u drugi. Dakle, ukupni EMF će biti isti kao EMF svakog izvora, odnosno paralelnom vezom nećemo dobiti bateriju sa velikim EMF-om. Istovremeno se smanjuje unutarnji otpor baterije izvora, što omogućava dobivanje velika moć struja i snaga u kolu:

Ovo je značenje paralelnog povezivanja izvora. U svakom slučaju, prilikom rješavanja problema prvo treba pronaći ukupni EMF i ukupni unutrašnji otpor rezultirajućeg izvora, a zatim napisati Ohmov zakon za kompletno kolo.

Rad i strujna snaga. Joule-Lenzov zakon

Posao A električna struja I teče kroz fiksni provodnik sa otporom R, pretvoren u toplinu Q, koji se ističe na provodniku. Ovaj rad se može izračunati pomoću jedne od formula (uzimajući u obzir Ohmov zakon, sve one slijede jedna iz druge):

Zakon pretvaranja rada struje u toplotu eksperimentalno su nezavisno ustanovili J. Joule i E. Lenz i naziva se Joule–Lenzov zakon. Snaga električne struje jednak omjeru rada struje A na vremenski interval Δ t, za koji je rađen ovaj rad, pa se može izračunati pomoću sljedećih formula:

Rad električne struje u SI, kao i obično, izražava se u džulima (J), snaga - u vatima (W).

Energetski bilans zatvorenog kola

Razmotrimo sada kompletno kolo istosmjerne struje koje se sastoji od izvora s elektromotornom silom ε i unutrašnji otpor r i spoljašnja homogena oblast sa otporom R. U ovom slučaju, korisna snaga ili snaga oslobođena u vanjskom kolu je:

Maksimalna moguća korisna snaga izvora se postiže ako R = r i jednak je:

Ako je spojen na isti izvor struje različitih otpora R 1 i R Dodjeljuju im se 2 jednake snage, tada se unutarnji otpor ovog izvora struje može pronaći po formuli:

Gubitak snage ili snaga unutar izvora struje:

Ukupna snaga koju razvija trenutni izvor:

Trenutna efikasnost izvora:

Elektroliza

elektroliti Uobičajeno je nazivati ​​provodne medije u kojima je protok električne struje praćen prijenosom materije. Nosioci slobodnih naboja u elektrolitima su pozitivno i negativno nabijeni ioni. Elektroliti uključuju mnoge spojeve metala s metaloidima u rastopljenom stanju, kao i neke čvrste tvari. Međutim, glavni predstavnici elektrolita koji se široko koriste u tehnologiji su vodene otopine anorganskih kiselina, soli i baza.

Prolazak električne struje kroz elektrolit je praćen oslobađanjem tvari na elektrodama. Ovaj fenomen je imenovan elektroliza.

Električna struja u elektrolitima je kretanje jona oba znaka u suprotnim smjerovima. Pozitivni joni se kreću prema negativnoj elektrodi ( katoda), negativni joni - do pozitivne elektrode ( anoda). Joni oba znaka pojavljuju se u vodenim otopinama soli, kiselina i alkalija kao rezultat cijepanja nekih neutralnih molekula. Ovaj fenomen se zove elektrolitička disocijacija.

zakon elektrolize eksperimentalno je ustanovio engleski fizičar M. Faraday 1833. godine. Faradejev zakon određuje količinu primarnih produkata koji se oslobađaju na elektrodama tokom elektrolize. Dakle, masa m supstanca koja se oslobađa na elektrodi je direktno proporcionalna naelektrisanju Q prolazi kroz elektrolit:

vrijednost k pozvao elektrohemijski ekvivalent. Može se izračunati pomoću formule:

gdje: n je valencija supstance, N A je Avogadrova konstanta, M – molarna masa supstance e je elementarni naboj. Ponekad se uvodi i sljedeća notacija za Faradejevu konstantu:

Električna struja u plinovima iu vakuumu

Električna struja u plinovima

AT normalnim uslovima gasovi ne provode elektricitet. To je zbog električne neutralnosti molekula plina i, posljedično, odsustva električnih nosača naboja. Da bi plin postao provodnik, jedan ili više elektrona moraju biti odstranjeni iz molekula. Tada će postojati slobodni nosioci naboja - elektroni i pozitivni ioni. Ovaj proces se zove jonizacija gasa.

Moguće je jonizirati molekule plina vanjskim utjecajem - jonizator. Jonizatori mogu biti: struja svjetlosti, rendgensko zračenje, struja elektrona ili α -čestice. Molekuli gasa su takođe jonizovani kada visoke temperature. Ionizacija dovodi do pojave slobodnih nosilaca naboja u gasovima - elektrona, pozitivnih iona, negativnih jona (elektron u kombinaciji sa neutralnom molekulom).

Ako se u prostoru koji zauzima ionizirani plin stvori električno polje, tada će se nosači električnih naboja početi kretati na uredan način - tako nastaje električna struja u plinovima. Ako ionizator prestane da radi, tada gas ponovo postaje neutralan, jer rekombinacija– formiranje neutralnih atoma jonima i elektronima.

Električna struja u vakuumu

Vakum je takav stepen razrjeđivanja plina pri kojem se može zanemariti sudar njegovih molekula i pretpostaviti da prosečna dužina slobodni put prelazi linearne dimenzije posude u kojoj se nalazi plin.

Električna struja u vakuumu naziva se provodljivost međuelektrodnog razmaka u vakuumskom stanju. U ovom slučaju ima toliko malo molekula plina da procesi njihove ionizacije ne mogu obezbijediti toliki broj elektrona i jona koji su potrebni za ionizaciju. Provodljivost međuelektrodnog razmaka u vakuumu može se osigurati samo uz pomoć nabijenih čestica koje su nastale uslijed emisionih pojava na elektrodama.

• Nazad
• Naprijed

Kako se uspješno pripremiti za CT iz fizike i matematike?

Da bi se uspješno pripremili za CT iz fizike i matematike, između ostalog, moraju biti ispunjena tri kritična uslova:

1. Proučite sve teme i ispunite sve testove i zadatke date u materijalima za učenje na ovoj stranici. Da biste to učinili, ne trebate baš ništa, naime: svaki dan posvetiti tri do četiri sata pripremi za CT iz fizike i matematike, proučavanju teorije i rješavanju problema. Činjenica je da je CT ispit na kojem nije dovoljno samo znati fiziku ili matematiku, potrebno je i znati brzo i bez grešaka rješavati veliki broj zadaci za različite teme i različite složenosti. Ovo poslednje se može naučiti samo rešavanjem hiljada problema.
2. Naučite sve formule i zakone u fizici, te formule i metode u matematici. Zapravo, i to je vrlo jednostavno učiniti, postoji samo oko 200 potrebnih formula u fizici, a još nešto manje u matematici. U svakom od ovih predmeta postoji desetak standardnih metoda za rješavanje problema. osnovni nivo teškoće koje se takođe mogu naučiti, a samim tim potpuno automatski i bez poteškoća riješiti pravi trenutak većina CT. Nakon toga ćete morati razmišljati samo o najtežim zadacima.
3. Pohađati sve tri faze probnog testiranja iz fizike i matematike. Svaki RT se može posjetiti dva puta kako bi se riješile obje opcije. Opet, na CT-u, pored sposobnosti brzog i efikasnog rješavanja problema, te poznavanja formula i metoda, potrebno je i znati pravilno planirati vrijeme, rasporediti snage i što je najvažnije ispravno popuniti formular za odgovore. , ne brkajući ni brojeve odgovora i zadataka, ni svoje ime. Takođe, tokom RT-a je važno da se naviknete na stil postavljanja pitanja u zadacima, što može izgledati vrlo neobično nespremnoj osobi na DT-u.

Uspješna, marljiva i odgovorna implementacija ove tri tačke omogućit će vam da na CT-u pokažete odličan rezultat, maksimum onoga za što ste sposobni.

Pronašli ste grešku?

Ako mislite da ste pronašli grešku u materijali za obuku, pa napišite, molim vas, o tome poštom. Takođe možete prijaviti grešku socijalna mreža(). U pismu navedite predmet (fizika ili matematika), naziv ili broj teme ili testa, broj zadatka ili mjesto u tekstu (stranici) na kojem, po vašem mišljenju, postoji greška. Također opišite koja je navodna greška. Vaše pismo neće proći nezapaženo, greška će biti ili ispravljena, ili će Vam biti objašnjeno zašto nije greška.

Usmjereno kretanje nabijenih čestica u električnom polju.

Nabijene čestice mogu biti elektroni ili ioni (nabijeni atomi).

Atom koji je izgubio jedan ili više elektrona dobija pozitivan naboj. - Anion (pozitivni jon).
Atom koji je dobio jedan ili više elektrona dobija negativan naboj. - Kation (negativni ion).
Joni kao pokretne nabijene čestice se smatraju u tekućinama i plinovima.

U metalima, nosioci naboja su slobodni elektroni, kao negativno nabijene čestice.

U poluvodičima razmatraju kretanje (kretanje) negativno nabijenih elektrona od jednog atoma do drugog i, kao rezultat, kretanje između atoma pozitivno nabijenih slobodnih mjesta formiranih - rupa.

Per smjer električne struje smjer kretanja pozitivnih naboja je konvencionalno pretpostavljen. Ovo pravilo je uspostavljeno mnogo prije proučavanja elektrona i sačuvano je do danas. Slično, jačina električnog polja se određuje za pozitivno naelektrisanje.

Za bilo koje jedno punjenje q u električnom polju intenziteta E sila deluje F = qE, koji pomiče naboj u smjeru vektora ove sile.

Slika pokazuje da je vektor sile F-=-qE djelujući na negativni naboj -q, je usmjeren u smjeru suprotnom od vektora jačine polja, kao proizvod vektora E na negativnu vrijednost. Dakle, negativno nabijeni elektroni, koji su nosioci naboja u metalnim provodnicima, u stvarnosti imaju smjer kretanja suprotan vektoru jačine polja i općeprihvaćenom smjeru električne struje.

Količina punjenja Q\u003d 1 Privjesak se pomaknuo kroz poprečni presjek vodiča u vremenu t= 1 sekunda, određena veličinom struje I\u003d 1 amper iz omjera:

I = Q/t.

Trenutni odnos I\u003d 1 Amper u vodiču na njegovu površinu poprečnog presjeka S\u003d 1 m 2 će odrediti gustoću struje j= 1 A/m2:

Posao A\u003d 1 Joule potrošen na transport punjenja Q= 1 Privjesak od tačke 1 do tačke 2 će odrediti vrijednost električni napon U= 1 Volt kao razlika potencijala φ 1 i φ 2 između ovih tačaka iz proračuna:

U = A/Q = φ 1 - φ 2

Električna struja može biti jednosmjerna ili promjenjiva.

Jednosmjerna struja - električna struja čiji se smjer i veličina ne mijenjaju s vremenom.

Naizmjenična struja - električna struja čija se veličina i smjer mijenjaju tokom vremena.

Još 1826. godine njemački fizičar Georg Ohm otkrio je važan zakon elektriciteta, koji određuje kvantitativni odnos između električne struje i svojstava provodnika koja karakteriziraju njihovu sposobnost da izdrže električnu struju.
Ova svojstva su kasnije postala poznata kao električni otpor, označen slovom R i mjereno u omima u čast pronalazača.
Ohmov zakon moderna interpretacija klasični odnos U/R određuje veličinu električne struje u vodiču na osnovu napona U na krajevima ovog provodnika i njegov otpor R:

Električna struja u provodnicima

U vodičima postoje slobodni nosioci naboja, koji se pod utjecajem sile električnog polja počinju kretati i stvarati električnu struju.

U metalnim provodnicima, nosioci naboja su slobodni elektroni.
Sa povećanjem temperature, haotično toplotno kretanje atoma sprečava usmereno kretanje elektrona i otpor provodnika se povećava.
Kada se ohladi i temperatura teži apsolutnoj nuli, kada se termičko kretanje zaustavi, otpor metala teži nuli.

Električna struja u tekućinama (elektrolitima) postoji kao usmjereno kretanje nabijenih atoma (jona), koji nastaju u procesu elektrolitičke disocijacije.
Joni se kreću prema suprotnim elektrodama u znaku i neutraliziraju se, taložeći se na njima. - Elektroliza.
Anioni su pozitivni joni. Prelaze na negativnu elektrodu - katodu.
Kationi su negativni joni. Prelaze na pozitivnu elektrodu - anodu.
Faradejevi zakoni elektrolize određuju masu supstance koja se oslobađa na elektrodama.
Kada se zagrije, otpor elektrolita se smanjuje zbog povećanja broja molekula razloženih na ione.

Električna struja u plinovima - plazma. Električni naboj nose pozitivni ili negativni joni i slobodni elektroni, koji nastaju pod dejstvom zračenja.

U vakuumu postoji električna struja, poput protoka elektrona od katode do anode. Koristi se u katodnim uređajima - lampama.

Električna struja u poluvodičima

Poluprovodnici zauzimaju srednju poziciju između provodnika i dielektrika u smislu njihove otpornosti.
Značajna razlika između poluprovodnika i metala može se smatrati zavisnošću njihove otpornosti od temperature.
Kako temperatura pada, otpor metala opada, dok se kod poluvodiča, naprotiv, povećava.
Kako temperatura teži apsolutnoj nuli, metali imaju tendenciju da postanu supravodiči, a poluvodiči izolatori.
Poenta je da na apsolutna nula elektroni u poluvodičima će biti zauzeti stvaranjem kovalentne veze između atoma kristalne rešetke i, idealno, neće biti slobodnih elektrona.
Sa povećanjem temperature, neki od valentnih elektrona mogu primiti energiju dovoljnu da razbiju kovalentne veze i slobodni elektroni će se pojaviti u kristalu, a prazna mjesta se formiraju na tačkama prekida, koje se nazivaju rupe.
Slobodno mjesto može zauzeti valentni elektron iz susjednog para i rupa će se pomaknuti na novo mjesto u kristalu.
Kada slobodni elektron naiđe na rupu, elektronska veza između atoma poluvodiča se obnavlja i dolazi do obrnutog procesa - rekombinacije.
Parovi elektron-rupa mogu se pojaviti i rekombinovati kada se poluvodič osvijetli zbog energije elektromagnetnog zračenja.
U odsustvu električnog polja, elektroni i rupe učestvuju u haotičnom toplotnom kretanju.
U električnom polju u uređenom kretanju učestvuju ne samo formirani slobodni elektroni, već i rupe koje se smatraju pozitivno nabijenim česticama. Current I u poluprovodniku se sastoji od elektronike I n i rupa Ip struje.

Poluprovodnici su hemijski elementi, kao germanijum, silicijum, selen, telur, arsen, itd. Najčešći poluprovodnik u prirodi je silicijum.

Komentari i prijedlozi su prihvaćeni i dobrodošli!

". Danas želim da se dotaknem takve teme kao što je električna struja. Šta je? Pokušajmo se prisjetiti školskog programa.

Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču.

Ako se sjećate, da bi se nabijene čestice kretale (nastaje električna struja) morate stvoriti električno polje. Da biste stvorili električno polje, možete izvesti takve elementarne eksperimente kao što je trljanje plastične ručke o vunu i neko vrijeme će privlačiti lagane predmete. Tijela sposobna privući predmete nakon trljanja nazivaju se naelektrizirana. Možemo reći da tijelo u ovom stanju ima električni naboj, a sama tijela se nazivaju naelektrisanim. Iz školskog programa znamo da su sva tijela sastavljena od sićušnih čestica (molekula). Molekul je čestica supstance koja se može odvojiti od tela i imaće sva svojstva koja su svojstvena ovom telu. Molekuli složenih tijela nastaju iz različitih kombinacija atoma jednostavnih tijela. Na primjer, molekul vode sastoji se od dva jednostavna: atoma kisika i jednog atoma vodika.

Atomi, neutroni, protoni i elektroni - šta su to?

Zauzvrat, atom se sastoji od jezgra i okreće se oko njega elektrona. Svaki elektron u atomu ima mali električni naboj. Na primjer, atom vodika se sastoji od jezgra elektrona koji se okreće oko njega. Jezgro atoma se sastoji od protona i neutrona. Jezgro atoma, zauzvrat, ima električni naboj. Protoni koji čine jezgro imaju isti električni naboj i elektrone. Ali protoni, za razliku od elektrona, su neaktivni, ali je njihova masa mnogo puta veća od mase elektrona. Čestica neutrona, koja je dio atoma, nema električni naboj, neutralna je. Elektroni koji kruže oko jezgra atoma i protoni koji čine jezgro su nosioci jednakih električnih naboja. Između elektrona i protona uvijek postoji sila međusobnog privlačenja, a između samih elektrona i između protona sila međusobnog odbijanja. Zbog toga elektron ima negativan električni naboj, a proton pozitivan. Iz ovoga možemo zaključiti da postoje 2 vrste električne energije: pozitivna i negativna. Prisutnost jednako nabijenih čestica u atomu dovodi do činjenice da između pozitivno nabijenog jezgra atoma i elektrona koji rotiraju oko njega postoje sile međusobnog privlačenja koje drže atom zajedno. Atomi se međusobno razlikuju po broju neutrona i protona u jezgrima, zbog čega pozitivni naboj jezgara atoma različitih tvari nije isti. U atomima različitih supstanci broj rotirajućih elektrona nije isti i određen je pozitivnim nabojem jezgra. Atomi nekih supstanci su čvrsto vezani za jezgro, dok kod drugih ova veza može biti mnogo slabija. Ovo objašnjava različite snage tijela. Čelična žica je mnogo jača od bakrene žice, što znači da se čelične čestice jače privlače jedna za drugu od čestica bakra. Privlačnost između molekula posebno je uočljiva kada su blizu jedna drugoj. Većina odličan primjer Dvije kapi vode se spajaju u jednu pri kontaktu.

Električno punjenje

U atomu bilo koje supstance, broj elektrona koji se okreću oko jezgra jednak je broju protona sadržanih u jezgru. Električni naboj elektrona i protona jednaki su po veličini, što znači da je negativni naboj elektrona jednak pozitivnom naboju jezgra. Ovi naboji se međusobno balansiraju, a atom ostaje neutralan. U atomu, elektroni stvaraju elektronsku ljusku oko jezgra. Elektronska ljuska i jezgro atoma su u neprekidnom oscilatornom kretanju. Kada se atomi kreću, sudaraju se jedan s drugim i jedan ili više elektrona izleti iz njih. Atom prestaje biti neutralan i postaje pozitivno nabijen. Pošto je njegov pozitivni naboj postao negativniji (slaba veza između elektrona i jezgra - metala i uglja). Kod ostalih karoserija (drvo i staklo) elektronske školjke nisu slomljene. Nakon što se odvoje od atoma, slobodni elektroni se kreću nasumično i mogu biti zarobljeni od strane drugih atoma. Proces pojavljivanja i nestajanja u tijelu je kontinuiran. Kako temperatura raste, brzina vibracijskog kretanja atoma raste, sudari postaju sve češći, jači, broj slobodnih elektrona se povećava. Međutim, tijelo ostaje električno neutralno, jer se broj elektrona i protona u tijelu ne mijenja. Ako se određena količina slobodnih elektrona ukloni iz tijela, tada pozitivni naboj postaje veći od ukupnog naboja. Tijelo će biti pozitivno nabijeno i obrnuto. Ako se u tijelu stvori nedostatak elektrona, onda se ono dodatno naplaćuje. Ako je višak negativan. Što je veći ovaj nedostatak ili višak, veći je električni naboj. U prvom slučaju (više pozitivno nabijenih čestica) tijela se nazivaju provodnici (metali, vodene otopine soli i kiselina), au drugom (nedostatak elektrona, negativno nabijene čestice) dielektrici ili izolatori (ćilibar, kvarc, ebonit). Za kontinuirano postojanje električne struje potrebno je stalno održavati razliku potencijala u provodniku.

Pa, to je mali kurs fizike je gotov. Mislim da ste se uz moju pomoć sjetili školskog programa za 7. razred, a kolika je potencijalna razlika analizirat ćemo u sljedećem članku. Do ponovnog susreta na stranicama sajta.

Na današnjem sastanku ćemo govoriti o električnoj energiji koja je postala sastavni dio moderna civilizacija. Elektroprivreda je zahvatila sve oblasti naših života. A prisustvo kućanskih aparata koji koriste električnu struju u svakom domu toliko je prirodan i sastavni dio života da ga uzimamo zdravo za gotovo.

Dakle, pažnji naših čitalaca su ponuđene osnovne informacije o električnoj struji.

Šta je električna struja

Pod električnom strujom se misli usmjereno kretanje nabijenih čestica. Supstance koje sadrže dovoljnu količinu slobodnih naboja nazivaju se provodnicima. A ukupnost svih uređaja koji su međusobno povezani pomoću žica naziva se električni krug.

AT Svakodnevni život koristimo električnu energiju koja prolazi kroz metalne provodnike. Nosioci naboja u njima su slobodni elektroni.

Obično jure nasumično između atoma, ali električno polje ih tjera da se kreću u određenom smjeru.

Kako se ovo dešava?

Protok elektrona u kolu može se uporediti sa protokom vode koja pada visoki nivo do niske. Ulogu nivoa u električnim krugovima igra potencijal.

Da bi struja tekla u kolu, na njegovim krajevima mora se održavati konstantna razlika potencijala, tj. voltaža.

Obično se označava slovom U i mjeri se u voltima (B).

Zbog primijenjenog napona u kolu se uspostavlja električno polje koje elektronima daje usmjereno kretanje. Što je napon veći, to je jače električno polje, a samim tim i intenzitet protoka elektrona koji se kreću u smjeru.

Brzina širenja električne struje jednaka je brzini kojom se električno polje uspostavlja u krugu, odnosno 300.000 km/s, ali brzina elektrona jedva dostiže samo nekoliko mm u sekundi.

Općenito je prihvaćeno da struja teče od tačke sa velikim potencijalom, odnosno od (+) do tačke sa nižim potencijalom, odnosno do (-). Napon u kolu održava se izvorom struje, kao što je baterija. Znak (+) na njegovom kraju označava nedostatak elektrona, znak (-) njihov višak, jer su elektroni nosioci upravo negativnog naboja. Čim se sklop sa izvorom struje zatvori, elektroni jure s mjesta gdje su u višku do pozitivnog pola izvora struje. Njihov put prolazi kroz žice, potrošače, mjerne instrumente i druge elemente kola.

Imajte na umu da je smjer struje suprotan smjeru elektrona.

Upravo je smjer struje, dogovorom naučnika, određen prije nego što je utvrđena priroda struje u metalima.

Neke veličine koje karakterišu električnu struju

Snaga struje. Električni naboj koji prolazi poprečnim presjekom provodnika za 1 sekundu naziva se jakost struje. Za njegovu oznaku koristi se slovo I, mjereno u amperima (A).

Otpor. Sljedeća vrijednost koju treba biti svjesna je otpor. Nastaje zbog sudara usmjerenih elektrona s ionima kristalne rešetke. Kao rezultat takvih sudara, elektroni prenose dio svoje energije na jone. kinetička energija. Kao rezultat toga, provodnik se zagrijava, a struja se smanjuje. Otpor je označen slovom R i mjeri se u omima (Ohm).

Otpor metalnog vodiča je veći što je vodič duži i što je njegova površina poprečnog presjeka manja. Uz istu dužinu i promjer žice, provodnici od srebra, bakra, zlata i aluminija imaju najmanji otpor. Iz očiglednih razloga, u praksi se koriste aluminijske i bakrene žice.

Snaga. Prilikom izvođenja proračuna za električne krugove ponekad je potrebno odrediti potrošnju energije (P).

Da biste to učinili, struju koja teče kroz krug treba pomnožiti s naponom.

Jedinica mjere za snagu je vat (W).

Jednosmjerna i naizmjenična struja

Struja koju daju razne baterije i akumulatori je konstantna. To znači da se jačina struje u takvom kolu može promijeniti u veličini samo promjenom Različiti putevi njegov otpor, dok njegov smjer ostaje nepromijenjen.

Ali većina kućanskih aparata troši naizmjeničnu struju, tj. struja čija se veličina i smjer neprekidno mijenja prema određenom zakonu.

Proizvodi se u elektranama, a zatim se transportuje visokonaponskim dalekovodima do naših domova i poslovnih objekata.

U većini zemalja, frekvencija preokreta struje je 50 Hz, odnosno javlja se 50 puta u sekundi. U ovom slučaju, svaki put kada se jačina struje postepeno povećava, dostiže maksimum, a zatim se smanjuje na 0. Zatim se ovaj proces ponavlja, ali sa suprotnim smjerom struje.

U SAD-u svi uređaji rade na 60 Hz. U Japanu se razvila zanimljiva situacija. Tamo jedna trećina zemlje koristi naizmjeničnu struju frekvencije od 60 Hz, a ostatak - 50 Hz.

Oprez - struja

Električni udari mogu biti uzrokovani upotrebom električnih uređaja i od udara groma jer Ljudsko tijelo je dobar provodnik struje.Često se električne ozljede zadobiju ako nagazite na žicu koja leži na tlu ili rukama odgurnete viseće električne žice.

Napon preko 36 V smatra se opasnim za ljude. Ako struja od samo 0,05 A prođe kroz ljudsko tijelo, to može uzrokovati nevoljnu kontrakciju mišića, što neće omogućiti osobi da se samostalno odvoji od izvora oštećenja. Struja od 0,1 A je smrtonosna.

Još opasnija je naizmjenična struja, jer ima više jak uticaj po osobi. Ovaj naš prijatelj i pomagač u nizu se slučajeva pretvara u nemilosrdnog neprijatelja, uzrokujući narušavanje disanja i rada srca, sve do njegovog potpunog zaustavljanja. Ostavlja strašne tragove na tijelu u vidu teških opekotina.

Kako pomoći žrtvi? Prije svega, isključite izvor oštećenja. A onda se pobrinite za prvu pomoć.

Naše upoznavanje sa strujom se bliži kraju. Dodajmo samo nekoliko riječi o tome život marinca posjedovanje "električnog oružja". Ovo su neke vrste riba morska jegulja i nagib. Najopasnija od njih je morska jegulja.

Nemojte plivati ​​do njega na udaljenosti manjoj od 3 metra. Njegov udarac nije smrtonosan, ali može doći do gubitka svijesti.

Ako vam je ova poruka bila korisna, bilo bi mi drago da vas vidim