Förutsättningar för förekomsten av elektrisk ström

Till att börja med, låt oss svara på frågan om vad som är elektrisk ström. Ett enkelt bordsbatteri genererar inte ström av sig själv. Och en ficklampa som ligger på ett bord kommer inte att skapa ström genom sina lysdioder bara så utan anledning alls. För att ström ska dyka upp måste något flyta någonstans, åtminstone börja röra sig, och för det måste kretsen av ficklampans lysdioder och batteriet stängas. Inte för inte, förr i tiden jämfördes elektrisk ström med rörelsen av en viss laddad vätska.

Faktum är att vi nu vet detta elektricitet — detta är den riktade rörelsen av laddade partiklar, och att en närmare analog till verkligheten skulle vara en laddad gas — en gas av laddade partiklar som rör sig under inverkan av ett elektriskt fält. Men först till kvarn.

Elektrisk ström är den riktade rörelsen av laddade partiklar

Så, elektrisk ström är rörelsen av laddade partiklar, men även den kaotiska rörelsen av laddade partiklar är också rörelse, men fortfarande inte ström.Likaså skapar inte vätskemolekyler som är i termisk rörelse hela tiden strömmar eftersom den totala förskjutningen av hela volymen vätska i vila är exakt noll.

För att vätskeflöde ska inträffa måste övergripande rörelse inträffa, det vill säga att vätskemolekylernas totala rörelse måste bli riktad. Således kommer den kaotiska rörelsen av molekylerna att läggas till den riktade rörelsen av hela volymen, och ett flöde av hela volymen av vätskan kommer att inträffa.

Situationen är liknande med elektrisk ström - den riktade rörelsen av elektriskt laddade partiklar är en elektrisk ström. Hastigheten för termisk rörelse för laddade partiklar, till exempel i metall, mäts i hundratals meter per sekund, men i riktningsrörelse, när en viss ström ställs in i ledaren, mäts hastigheten för den allmänna rörelsen av partiklar i delar och enheter av millimeter per sekund.

Så, om en likström lika med 10 A flyter i en metalltråd med ett tvärsnitt på 1 kvm Mm, kommer medelhastigheten för den beställda rörelsen av elektroner att vara från 0,6 till 6 millimeter per sekund. Detta kommer redan att vara en elektrisk stöt. Och denna långsamma rörelse av elektroner räcker för att en tråd, till exempel av nikrom, ska värmas upp bra och lyda Joule-Lenz lagen.

Partikelhastighet är inte utbredningshastigheten för ett elektriskt fält!

Observera att strömmen börjar i tråden nästan omedelbart genom hela volymen, det vill säga denna "rörelse" sprider sig längs tråden med ljusets hastighet, men själva rörelsen av de laddade partiklarna är 100 miljarder gånger långsammare. Du kan överväga analogin med ett rör med vätska som strömmar genom det.

Att röra sig längs ett rör som är 10 meter långt, till exempel vatten.Vattnets hastighet är bara 1 meter per sekund, men flödet sprider sig inte med samma hastighet, utan mycket snabbare, och spridningshastigheten här beror på vätskans densitet och dess elasticitet. Således fortplantar sig det elektriska fältet längs tråden med ljusets hastighet, och partiklarna börjar röra sig 11 storleksordningar långsammare. Se även: Hastighet för elektrisk ström

1. Laddade partiklar är nödvändiga för existensen av elektrisk ström

Elektroner i metaller och i vakuum, joner i elektrolytlösningar — fungerar som laddningsbärare och säkerställer närvaron av ström i olika ämnen. I metaller är elektroner mycket rörliga, några av dem kan röra sig fritt från atom till atom, som en gas som fyller utrymmet mellan noderna i ett kristallgitter.

I elektronrör lämnar elektroner katoden under termionisk strålning och rusar under inverkan av ett elektriskt fält till anoden. I elektrolyter bryts molekyler upp i vatten till positivt och negativt laddade delar och blir fria laddningsbärarjoner i elektrolyter. Det vill säga varhelst en elektrisk ström kan existera finns det fria laddningsbärare som kan röra sig elektriskt fält… Detta är det första villkoret för existensen av elektrisk ström — förekomsten av gratis laddningsbärare.

2. Det andra villkoret för att det ska finnas en elektrisk ström är att yttre krafter måste verka på laddningen

Om du nu tittar på en tråd, låt oss säga att det är en koppartråd, då kan du fråga dig själv: vad krävs för att det ska uppstå en elektrisk ström i den? Det finns laddade partiklar, elektroner, de kan röra sig fritt.

Vad kommer få dem att flytta? En elektriskt laddad partikel är känd för att interagera med ett elektriskt fält. Därför måste ett elektriskt fält skapas i tråden, då kommer en potential att uppstå vid varje punkt av tråden, det blir en potentialskillnad mellan ändarna på tråden och elektronerna kommer att röra sig i fältets riktning - i riktningen från «-» till «+», det vill säga i en riktning motsatt den elektriska fältstyrkevektorn. Det elektriska fältet kommer att accelerera elektronerna och öka deras (kinetiska och magnetiska) energi.

Som ett resultat, om vi betraktar ett elektriskt fält som helt enkelt appliceras externt på tråden (vi placerade tråden i ett elektriskt fält längs kraftlinjerna), kommer elektroner att ackumuleras i ena änden av tråden och en negativ laddning kommer att uppstå vid den slutet, och eftersom elektronerna flyttas från den andra änden av tråden, kommer det att finnas en positiv laddning på den.

Som ett resultat kommer det elektriska fältet hos en ledare som laddas av ett externt pålagt elektriskt fält att vara i en sådan riktning att det försvagar det yttre elektriska fältet från dess verkan.

Processen med omfördelning av avgifter kommer att fortsätta nästan omedelbart och efter dess slutförande kommer strömmen i tråden att sluta. Det resulterande elektriska fältet inuti ledaren kommer att bli noll, och kraften i ändarna kommer att vara lika stor men motsatt i riktning mot det elektriska fältet som appliceras externt.

Om det elektriska fältet i ledaren skapas av en likströmskälla, till exempel ett batteri, kommer en sådan källa att bli en källa för externa krafter för ledaren, det vill säga en källa som skapar en konstant EMF i ledaren och bibehålla potentialskillnaden.Uppenbarligen måste kretsen vara sluten för att strömmen ska kunna upprätthållas av en extern kraftkälla.