Potenciál je fyzická veličina, ktorá charakterizuje prácu zdroja s pohybom náboja. Napríklad, ak spojíte oba body s vodičom, napríklad s kúskom medeného drôtu, prebytočné elektróny z bodu prejdú do bodu B, čím vo vodiči vznikne elektrický prúd. Smerovaný tok elektrónov je teda vlastne elektrický prúd. Napätie je teda sila, ktorá v okruhu pohybuje záporne nabitými časticami, elektrónmi.

Kvantitatívne sa dá pokúsiť opísať prúd ako súčet nábojov elektrónov prechádzajúcich daným bodom. Ale ako viete zo všeobecného kurzu fyziky, elektrón má veľmi malý náboj, preto na posúdenie náboja vedci predstavili špeciálnu elektrickú jednotku - coulomb (Cl).

Jeden prívesok zodpovedá súčtu poplatkov 6,25*1018 alebo 6250000000000000000 elektróny. Ak akýkoľvek náboj v jednom coulombe prejde ktorýmkoľvek bodom za jednu sekundu, znamená to, že cez tento bod vo vodiči prešiel elektrický prúd jedného ampéra (A).

Prúd, jedna z hlavných elektrických veličín, sa meria v ampéroch. Bod A, v súlade s našim obrázkom, má kvôli prebytku elektrónov negatívny potenciál a bod B je kladný.

Tok elektrónov možno konvenčne predstavovať ako vodu tečúcu z jednej nádoby do druhej. Vodovodné potrubie medzi nádržami je podmieneným ekvivalentom elektrického vodiča a rozdiel v hladinách vody v nádržiach nie je ničím iným ako podmieneným ekvivalentom potenciálneho rozdielu medzi dvoma bodmi.

Aj keď sa elektróny skutočne pohybujú od záporného pólu k kladnému pólu, v elektrotechnike a elektronike sa všeobecne uznáva, že elektrický prúd vo vodiči preteká z kladného pólu do záporného. Táto dohoda sa zapísala do histórie pred niekoľkými storočiami, keď sa o podstate elektrického prúdu vedelo príliš málo.

Rozdiel potenciálov, tiež známy ako napätie, sa meria vo voltoch a vo vzorcoch a diagramoch sa označuje latinským písmenom U... Veľkosť elektrického prúdu meraná v ampéroch a označená latinským symbolom Ja.

Nosiče bezplatných nábojov - elektróny vo vodiči pohybujúce sa po elektrickom obvode sa zrazia s atómami, ktoré bránia v pohybe elektrónov, čím významne znižujú nominálny elektrický prúd. Táto prekážka v elektrotechnike sa nazýva odolnosť voči elektrickému prúdu a označuje sa latinským symbolom R. Absolútne akýkoľvek materiál má odpor alebo elektrickú vodivosť (fyzikálna veličina obrátená k odporu). Je dobré si predstaviť odpor pri rovnakom pohybe vody z jednej nádrže do druhej, ale na rozdiel od predchádzajúceho prípadu vymeníme potrubný úsek za užší, preto sa zníži celkový prietok vody.

Akýkoľvek materiál závisí od rôznych fyzikálnych vlastností: teploty, veľkosti, tvaru atď. Látky s nízkou odolnosťou voči elektrickému prúdu sa nazývajú vodiče. (majú veľa voľných elektrónov, napríklad: zlato, meď, striebro, hliník, platina). Materiály, ktoré majú vysokú odolnosť voči prúdu, sa nazývajú dielektrika. Majú nízke množstvo voľných elektrónov (plast, guma, sklo, sľuda). Fyzikálnou jednotkou merania odporu je Ohm.

Jeden ohm je odpor látky, ktorý pri napájacom napätí jedného voltu umožňuje prúdiť prúd rovný jednému ampéru.

Dva náboje rovnakého znamienka, dva protóny alebo elektróny, bránia sa priblížiť a snažia sa od seba dostať. Tento proces fyziky sa nazýva odpudzovanie. Prvý Coulombov zákon, ktorý popisuje interakciu elektrických nábojov, hovorí: náboje s rovnakým znamienkom sa navzájom odpudzujú. Druhý zákon interakcie elektrických nábojov znie takto: opačné náboje s rôznymi znakmi sú navzájom priťahované.

Negatívne nabité elementárne častice elektrónov sú priťahované k kladne nabitým protónom v jadre. Prečo potom elektrón zostáva na svojej obežnej dráhe a nepadá na jadro? Je to spôsobené tým, že sila príťažlivosti elektrónu je kompenzovaná dostredivou silou, ktorá sa objavuje v dôsledku rotácie elektrónu na jeho obežnej dráhe okolo jeho jadra. Číselná hodnota nominálnej hodnoty odpudivých a príťažlivých síl, ktoré existujú medzi dvoma nabitými elementárnymi časticami, závisí od nasledujúcich zložiek: vzdialenosť medzi časticami a ich nábojmi.

Náboj jedného elektrónu je extrémne malý, preto v praxi nedostal distribúciu. Mernou jednotkou prijatou v systéme SI bola coulomb (C). Bol pomenovaný na počesť francúzskeho vedca Coulomba a vo vzorcoch je označený latinským písmenom Q. Jeden prívesok sa rovná 6,28 * 1018 elektrónových nábojov.

Elektrické náboje vznikajúce pri premiestňovaní elektrónov. Ak dôjde v jednom bode k silnému deficitu negatívnych častíc a v druhom k ich prebytku, vytvorí sa potenciálny rozdiel. Ak sú dva body, medzi ktorými existuje určitá úroveň rozdielu potenciálov, spojené vodičom, potom pozdĺž neho prebehnú elektróny. Tento prúd elektrónov sa nazýva elektrický prúd.

Elektrický prúd je smerový pohyb toku elektrónov do oblasti kladného náboja z oblasti záporného náboja. Ampér (A) sa používa ako fyzická jednotka na meranie prúdu v sústave SI. Jeden ampér je prúd, ktorý sa objaví vo vodiči, keď sa náboj jednej coulomby pohybuje v čase jednej sekundy.

Kde Ja prúdová sila v ampéroch, Q hodnota elektrického náboja v coulomboch, tčas v sekundách.

Zvážte fyzikálny proces prúdenia prúdu vodičom. Nosičmi náboja v elektrickom obvode sú negatívne elektróny. Obvykle sa usudzuje, že prúd je tok záporne nabitých elektrónov, ale v skutočnosti sa elektróny pohybujú od jedného atómu k druhému, potom vytvárajú kladné náboje, ktoré sa nazývajú diery. Inými slovami, diera je stopa, ktorá zanecháva elektrón vyrazený z obežnej dráhy.

Podmienečne môžeme povedať, že otvory sa pohybujú v opačnom smere ako je tok elektrónov.

Ak elektróny prechádzajú z jedného konca vodiča na druhý koniec, potom bude vodičom prúdiť prúd. V dôsledku riadeného pohybu voľných elektrónov narážajú na atómy a vyradia z ich obežnej dráhy ďalšie elektróny, ktoré sa zase stanú voľnými. A už tieto uvoľnené elektróny kolidujú s inými atómami a tak ďalej, až kým sa nedostanú na kladne nabitý koniec vodiča, pričom tiež kolidujú s inými atómami. Tento pohyb, nazývaný drift, sa uskutočňuje v dôsledku odpudenia nábojov. Kladne nabitý koniec vodiča navyše s ostrým deficitom elektrónov priťahuje negatívne nabité častice. Preto v dôsledku „práce“ zákonov interakcie elektrických nábojov dochádza k pomalému driftu elektrónov.

Pre lepšie pochopenie procesu vezmite dutú trubicu a naplňte ju guľkami:

Ak na jeden koniec tuby pridáme guľku navyše, lopta sa z druhého konca vysunie.

Zariadenie, do ktorého elektróny prechádzajú z kladne nabitého konca vodiča a ktoré ich dodáva na záporne nabitý koniec vodiča, sa nazýva zdroj napätia alebo energie.

Pripojíme LED k batérii typu prst, a ak je správne dodržaná polarita, rozsvieti sa. Akým smerom sa zavedie prúd? V dnešnej dobe to vie každý od plusu do mínusu. A vo vnútri batérie preto od mínus do plus - prúd v tomto uzavretom elektrickom obvode je konštantný.

Za smer pohybu kladne nabitých častíc sa považuje smer prúdu v obvode, ale koniec koncov sa elektróny pohybujú v kovoch a sú známe, že sú nabité negatívne. To znamená, že v skutočnosti je koncept „súčasného smerovania“ konvenciou. Poďme na to prečo, zatiaľ čo elektróny prúdia obvodom od mínusu do plusu, všetci okolo nich hovoria, že prúd ide z plusu do mínusu... Prečo je to absurdita?

Odpoveď spočíva v histórii vzniku elektrotechniky. Keď Franklin rozvinul svoju teóriu elektriny, považoval jej pohyb za pohyb tekutiny, ktorá akoby prúdila z jedného tela do druhého. Tam, kde je viac elektrickej kvapaliny, odtiaľ prúdi v smere, kde jej je menej.

Z tohto dôvodu Franklin nazýval telá s prebytkom elektrickej kvapaliny (konvenčne!) Pozitívne elektrifikované a telá s nedostatkom elektrickej kvapaliny - negatívne elektrifikované. Odtiaľ pochádza myšlienka pohybu. Pozitívny náboj prúdi, akoby cez systém komunikujúcich ciev, z jedného nabitého tela do druhého.

Neskôr francúzsky výskumník Charles Dufay pri svojich pokusoch s zistil, že nielen trenie telies je nabité, ale aj trenie, a pri kontakte sú náboje oboch tiel neutralizované. Ukázalo sa, že v skutočnosti existujú dva samostatné typy elektrického náboja, ktoré sa pri vzájomnej interakcii navzájom neutralizujú. Túto teóriu dvoch elektrín vyvinul Franklinov súčasník Robert Simmer, ktorý bol sám presvedčený, že niečo vo Franklinovej teórii nie je úplne správne.

Škótsky fyzik Robert Simmer mal na sebe dva páry pančúch: teplé vlnené pančuchy a na vrchu druhý hodváb. Keď si vyzul obidve pančuchy z nohy naraz a potom vytiahol jednu pančuchu z druhej, spozoroval nasledujúci obrázok: vlnené a hodvábne pančuchy napučiavajú, akoby tvarovali nohy a ostro sa držali každej z nich iné. Pančuchy vyrobené z rovnakého materiálu, napríklad z vlny a hodvábu, sa zároveň navzájom odpudzovali.

Ak Simmer držal v jednej ruke dve hodvábne pančuchy a v druhej dve vlnené pančuchy, potom keď dal ruky dohromady, odpudenie pančúch z rovnakého materiálu a príťažlivosť pančúch z rôznych materiálov viedlo k zaujímavej interakcii medzi nimi : rôzne pančuchy sa akoby vrhli jeden na druhého a votkali sa do gule.

Pozorovania správania sa jeho vlastných pančúch priviedli Roberta Simmera k záveru, že v každom tele nie je jedna, ale dve elektrické kvapaliny - kladná a záporná, ktoré sú v tele obsiahnuté v rovnakom množstve. Pri trení dvoch telies môže jeden z nich prechádzať z jedného tela do druhého, potom v jednom tele bude prebytok jednej z tekutín a v druhom - jej nedostatok. Obe telesá budú elektrifikované, naproti tomu v znamení elektriny.

Napriek tomu bolo možné elektrostatické javy úspešne vysvetliť pomocou Franklinovej hypotézy aj Simmerovej hypotézy o dvoch elektrinách. Tieto teórie si istý čas navzájom konkurovali. Keď v roku 1779 Alessandro Volta vytvoril svoj galvanický stĺp, po ktorom sa skúmala elektrolýza, vedci dospeli k jednoznačnému záveru, že v roztokoch a tekutinách sa pohybujú dva protichodné toky nosičov nábojov - pozitívne a negatívne. Dualistická teória elektrického prúdu, aj keď ju všetci nechápali, stále zvíťazila.

Ampere nakoniec v roku 1820, pred prejavom na Parížskej akadémii vied, navrhuje zvoliť jeden zo smerov pohybu náboja ako hlavný smer prúdu. Bolo to pre neho pohodlné, pretože Ampere študoval interakciu prúdov navzájom a prúdov magnetmi. A to tak, že zakaždým počas správy nehovoriac o tom, že dva toky opačného náboja sa pohybujú v dvoch smeroch pozdĺž jedného vodiča.

Ampere navrhol jednoducho zvoliť smer pohybu pozitívnej elektriny pre smer prúdu a neustále hovoriť o smere prúdu, čo znamená pohyb kladného náboja... Odvtedy je pozícia v smere prúdu navrhovaná Ampere všade akceptovaná a používa sa dodnes.

Keď Maxwell rozvinul svoju teóriu elektromagnetizmu a rozhodol sa použiť pravidlo pravej skrutky pre pohodlie určovania smeru magnetickej indukcie, držal sa tiež tejto polohy: smer prúdu je smer pohybu kladný náboj.

Faraday zasa poznamenal, že smer prúdu je podmienený, je to len vhodný nástroj pre vedcov, ktorým môžu jedinečne určiť smer prúdu. Lenz, ktorý predstavil svoje Lenzovo pravidlo (pozri -), použil aj výraz „smer prúdu“, čo znamená pohyb kladnej elektriny. Je to jednoducho pohodlné.

A dokonca aj potom, čo Thomson objavil elektrón v roku 1897, konvenčnosť smeru prúdu bola stále zachovaná. Aj keď sa vo elektróne alebo vo vákuu skutočne pohybujú iba elektróny, platí, že opačný smer sa berie ako smer prúdu - od plusu do mínusu.

Viac ako sto rokov po objavení elektrónu napriek Faradayovým predstavám o iónoch, dokonca aj s príchodom elektronických trubíc a tranzistorov, aj napriek opisom ťažkosti, obvyklý stav vecí stále pretrváva. Je teda pohodlnejšie pracovať s prúdmi, pohybovať sa v ich magnetických poliach a zdá sa, že to nikomu nespôsobuje žiadne skutočné ťažkosti.

Je nemožné si predstaviť život moderného človeka bez elektriny. Volty, Ampéry, Watty - tieto slová znejú v rozhovore o zariadeniach, ktoré pracujú na elektrinu. Čo je to však elektrický prúd a aké sú podmienky jeho existencie? O tom si ešte povieme a poskytneme krátke vysvetlenie pre elektrikárov začiatočníkov.

Definícia

Elektrický prúd je smerový pohyb nosičov náboja - ide o štandardnú formuláciu z učebnice fyziky. Určité častice látky sa zase nazývajú nosiče náboja. Môžu byť:

• Elektróny sú nosičmi záporných nábojov.
• Ióny sú nosičmi kladných nábojov.

Odkiaľ však pochádzajú prepravcovia poplatkov? Aby ste si odpovedali na túto otázku, musíte si zapamätať základné vedomosti o štruktúre hmoty. Všetko, čo nás obklopuje, je hmota, skladá sa z molekúl a jej najmenších častíc. Molekuly sú tvorené atómami. Atóm sa skladá z jadra, okolo ktorého sa pohybujú elektróny na daných obežných dráhach. Molekuly sa tiež pohybujú chaoticky. Pohyb a štruktúra každej z týchto častíc závisia od samotnej látky a od vplyvu prostredia na ňu, napríklad od teploty, stresu atď.

Ión sa nazýva atóm, v ktorom sa zmenil pomer elektrónov a protónov. Ak je atóm na začiatku neutrálny, potom sa ióny delia na:

• Anióny sú kladný ión atómu, ktorý stratil elektróny.
• Katióny sú atóm s „extra“ elektrónmi pripojenými k atómu.

Jednotkou merania prúdu je ampér, podľa ktorej sa počíta podľa vzorca:

kde U je napätie, [V] a R je odpor, [Ohm].

Alebo je to priamo úmerné množstvu preneseného poplatku za jednotku času:

kde Q - náboj, [Cl], t - čas, [s].

Podmienky existencie elektrického prúdu

Zistili sme, čo je elektrický prúd, teraz si povieme, ako zabezpečiť jeho tok. Pre tok elektrického prúdu musia byť splnené dve podmienky:

1. Prítomnosť bezplatných dopravcov.
2. Elektrické pole.

Prvá podmienka existencie a toku elektriny závisí od látky, v ktorej prúd preteká (alebo neprúdi), ako aj od jej stavu. Realizovateľná je aj druhá podmienka: pre existenciu elektrického poľa je nevyhnutná prítomnosť rôznych potenciálov, medzi ktorými je médium, v ktorom budú prúdiť nosiče náboja.

Pripomeňme: Napätie, EMF je potenciálny rozdiel. Z toho vyplýva, že na splnenie podmienok existencie prúdu - prítomnosti elektrického poľa a elektrického prúdu je potrebné napätie. Môžu to byť platne nabitého kondenzátora, galvanický článok, EMF generovaný magnetickým poľom (generátor).

Ako to vzniká, prišli sme na to, poďme sa rozprávať, kam to smeruje. Prúd, hlavne pri našom obvyklom použití, sa pohybuje vo vodičoch (elektrické vedenie v byte, žiarovky) alebo v polovodičoch (LED diódy, procesor vášho smartphonu a iná elektronika), menej často v plynoch (žiarivky).

Takže hlavnými nosičmi náboja sú vo väčšine prípadov elektróny, ktoré sa pohybujú od mínusu (bod so záporným potenciálom) k plusu (bod s kladným potenciálom, viac sa o tom dozviete nižšie).

Ale zaujímavým faktom je, že smer súčasného pohybu bol braný ako pohyb kladných nábojov - od plusu do mínusu. Aj keď v skutočnosti je opak pravdou. Faktom je, že rozhodnutie o smere prúdu bolo urobené pred štúdiom jeho povahy a tiež pred tým, ako bolo určené z dôvodu toho, čo prúd prúdi a existuje.

Elektrický prúd v rôznych prostrediach

Už sme spomenuli, že v rôznych prostrediach sa elektrický prúd môže líšiť v type nosičov náboja. Médiá možno rozdeliť podľa povahy vodivosti (pri znižovaní vodivosti):

1. Vodič (kovy).
2. Polovodič (kremík, germánium, arzenid gália atď.).
3. Dielektrikum (vákuum, vzduch, destilovaná voda).

V kovoch

V kovoch existujú nosiče poplatkov zadarmo, niekedy sa im hovorí „elektrický plyn“. Odkiaľ pochádzajú bezplatní dopravcovia? Faktom je, že kov ako každá látka pozostáva z atómov. Atómy sa pohybujú alebo oscilujú tak či onak. Čím vyššia je teplota kovu, tým silnejší je tento pohyb. Samotné atómy zároveň spravidla zostávajú na svojich miestach, v skutočnosti tvoria štruktúru kovu.

V elektrónových obaloch atómu sa zvyčajne nachádza niekoľko elektrónov, ktoré majú skôr slabú väzbu s jadrom. Pod vplyvom teplôt, chemických reakcií a interakcie nečistôt, ktoré sú v každom prípade v kovu, sa elektróny oddelia od svojich atómov, vytvárajú sa kladne nabité ióny. Oddelené elektróny sa nazývajú voľné a pohybujú sa chaoticky.

Ak sú ovplyvnené elektrickým poľom, napríklad ak pripojíte batériu k kusu kovu, chaotický pohyb elektrónov bude usporiadaný. Elektróny z bodu, ku ktorému je pripojený negatívny potenciál (napríklad katóda galvanického článku), sa začnú pohybovať do bodu s pozitívnym potenciálom.

V polovodičoch

Polovodiče sú materiály, v ktorých v normálnom stave nie sú žiadne nosiče bezplatných nábojov. Nachádzajú sa v takzvanej zakázanej zóne. Ale ak pôsobíte vonkajšími silami, ako je elektrické pole, teplo, rôzne žiarenie (svetlo, žiarenie atď.), Prekonajú zakázanú zónu a dostanú sa do voľnej alebo vodivej zóny. Elektróny sa oddelia od svojich atómov a stanú sa voľnými a tvoria ióny - nosiče pozitívneho náboja.

Pozitívne nosiče v polovodičoch sa nazývajú diery.

Ak jednoducho prenesiete energiu napríklad na polovodič, zahrejete ju, začne sa chaotický pohyb nosičov náboja. Ale ak hovoríme o polovodičových prvkoch, ako sú dióda alebo tranzistor, potom sa na opačných koncoch kryštálu objaví EMF (na ne je nanesená pokovená vrstva a vodiče sú spájkované), ale to neplatí pre téma dnešného článku.

Ak použijete zdroj EMF na polovodič, potom nosiče náboja prejdú aj do vodivého pásma a začne sa aj ich smerovaný pohyb - otvory pôjdu na stranu s nižším elektrickým potenciálom a elektróny - na stranu s veľký.

Vo vákuu a plyne

Vákuum sa nazýva médium s úplnou (v ideálnom prípade) absenciou plynov alebo s jeho minimalizovaným (v skutočnosti) množstvom. Pretože vo vákuu nie je žiadna látka, neexistuje žiadny zdroj, z ktorého by mohli nábojové nosiče pochádzať. Tok prúdu vo vákuu však znamenal začiatok elektroniky a celú éru elektronických prvkov - vákuových trubíc. Používali sa v prvej polovici minulého storočia a v 50. rokoch začali postupne ustupovať tranzistorom (v závislosti od konkrétnej oblasti elektroniky).

Predpokladajme, že máme nádobu, z ktorej bol odčerpaný všetok plyn, t.j. je v ňom úplné vákuum. V nádobe sú umiestnené dve elektródy, nazvime ich anóda a katóda. Ak pripojíme záporný potenciál zdroja EMF na katódu a kladne na anódu, nič sa nestane a prúd nebude tiecť. Ale ak začneme ohrievať katódu, začne prúdiť prúd. Tento proces sa nazýva termionická emisia - emisia elektrónov z ohriateho povrchu elektrónu.

Obrázok ukazuje proces prúdenia prúdu vo vákuovej žiarovke. Vo vákuových trubiciach je katóda zahrievaná blízkym vláknom na obrázku (H), napríklad žiarovkou.

V takom prípade, ak zmeníte polaritu napájacieho zdroja - naneste na anódu mínus a na katódu plus - prúd nebude tiecť. To dokáže, že prúd vo vákuu prúdi v dôsledku pohybu elektrónov z KATÓDY na ANÓDU.

Plyn, ako každá látka, pozostáva z molekúl a atómov, čo znamená, že ak je plyn pod vplyvom elektrického poľa, potom sa pri určitej sile (ionizačné napätie) elektróny odtrhnú od atómu, potom sú splnené obe podmienky pre bude uspokojený tok elektrického prúdu - pole a voľné médiá.

Ako už bolo uvedené, tento proces sa nazýva ionizácia. Môže sa to vyskytnúť nielen z aplikovaného napätia, ale aj pri zahrievaní plynu, röntgenových lúčov, pod vplyvom ultrafialového žiarenia a iných vecí.

Prúd bude prúdiť vzduchom, aj keď je medzi elektródami nainštalovaný horák.

Tok prúdu v inertných plynoch sprevádza luminiscencia plynov; tento jav sa aktívne využíva v žiarivkách. Tok elektrického prúdu v plynnom médiu sa nazýva plynový výboj.

V tekutom stave

Povedzme, že máme nádobu s vodou, v ktorej sú umiestnené dve elektródy, ku ktorým je pripojený zdroj energie. Ak je voda destilovaná, teda čistá a neobsahuje nečistoty, jedná sa o dielektrikum. Pokiaľ ale do vody pridáme trochu soli, kyseliny sírovej alebo akejkoľvek inej látky, vytvorí sa elektrolyt a začne ním pretekať prúd.

Elektrolyt je látka, ktorá vedie elektrický prúd v dôsledku disociácie na ióny.

Ak sa do vody pridá síran meďnatý, potom sa vrstva medi usadí na jednej z elektród (katóde) - nazýva sa to elektrolýza, čo dokazuje, že elektrický prúd v kvapaline sa vykonáva v dôsledku pohybu iónov - pozitívny a dopravcovia so záporným nábojom.

Elektrolýza je fyzikálno-chemický proces, ktorý spočíva v uvoľnení zložiek, ktoré tvoria elektrolyt na elektródach.

Dochádza tak k pokovovaniu, pozláteniu a potiahnutiu inými kovmi.

Záver

Ak to zhrnieme, pre tok elektrického prúdu sú potrebné bezplatné nosiče:

• elektróny vo vodičoch (kovoch) a vo vákuu;
• elektróny a diery v polovodičoch;
• ióny (anióny a katióny) v kvapalinách a plynoch.

Aby bolo možné nariadiť pohyb týchto nosičov, je potrebné elektrické pole. Jednoducho povedané, na konce tela priveďte napätie alebo nainštalujte dve elektródy do prostredia, kde má tiecť elektrický prúd.

Je tiež potrebné poznamenať, že prúd ovplyvňuje látku určitým spôsobom, existujú tri typy expozície:

• tepelné;
• chemická;
• fyzický.

Užitočné

Cielený (usporiadaný) pohyb častíc, nosičov elektrického náboja, v elektromagnetickom poli.

Čo je elektrický prúd v rôznych látkach? Zoberme si pohybujúce sa častice:

• v kovoch - elektrónoch,
• v elektrolytoch - ióny (katióny a anióny),
• v plynoch - ióny a elektróny,
• vo vákuu za určitých podmienok - elektróny,
• v polovodičoch - diery (vodivosť elektrónových dier).

Niekedy sa elektrický prúd nazýva aj posunovací prúd, ktorý je výsledkom zmeny elektrického poľa v priebehu času.

Elektrický prúd sa prejavuje nasledovne:

• ohrieva vodiče (tento jav nie je pozorovaný u supravodičov);
• mení chemické zloženie vodiča (tento jav je primárne charakteristický pre elektrolyty);
• vytvára magnetické pole (prejavuje sa vo všetkých vodičoch bez výnimky).

Ak sa nabité častice pohybujú vo vnútri makroskopických telies vzhľadom na konkrétne médium, potom sa takýto prúd nazýva elektrický „vodivý prúd“. Ak sa pohybujú makroskopicky nabité telesá (napríklad nabité dažďové kvapky), potom sa tento prúd nazýva „konvekcia“.

Prúdy sa rozlišujú na priame a striedavé prúdy. Existujú aj všetky druhy striedavého prúdu. Pri určovaní typov prúdu sa slovo „elektrický“ vynecháva.

• D.C.- prúd, ktorého smer a veľkosť sa časom nemenia. Môže to byť pulzujúce, napríklad usmernená premenná, ktorá je jednosmerná.
• Striedavý prúd- elektrický prúd, meniaci sa v čase. Pod striedavým prúdom sa rozumie akýkoľvek prúd, ktorý nie je jednosmerný.
• Periodický prúd- elektrický prúd, ktorého okamžité hodnoty sa opakujú v pravidelných intervaloch v nezmenenom poradí.
• Sínusový prúd- periodický elektrický prúd, ktorý je sínusovou funkciou času. Medzi striedavými prúdmi je hlavným prúd, ktorého hodnota sa mení podľa sínusového zákona. Akýkoľvek periodický nesínusový prúd možno predstaviť ako kombináciu sínusových harmonických zložiek (harmonických) so zodpovedajúcimi amplitúdami, frekvenciami a počiatočnými fázami. V tomto prípade sa elektrostatický potenciál každého konca vodiča mení s ohľadom na potenciál druhého konca vodiča striedavo od pozitívneho k negatívnemu a naopak, pričom prechádza cez všetky stredné potenciály (vrátane nulového potenciálu). Vo výsledku vznikne prúd, ktorý nepretržite mení smer: pri pohybe jedným smerom sa zvyšuje, dosahuje maximum, ktoré sa nazýva hodnota amplitúdy, potom klesá, na chvíľu sa stáva rovnou nule, potom sa opäť zvyšuje, ale v druhom smere smeru a tiež dosiahne maximálnu hodnotu, odpadne, aby potom opäť prešla nulou, po ktorej sa obnoví cyklus všetkých zmien.
• Kvázi stacionárny prúd- relatívne pomaly sa meniaci striedavý prúd, pre ktorého okamžité hodnoty sú zákony jednosmerného prúdu uspokojivé s dostatočnou presnosťou. Tieto zákony sú Ohmov zákon, Kirchhoffove pravidlá a ďalšie. Kvázi stacionárny prúd, rovnako ako jednosmerný prúd, má rovnakú prúdovú silu vo všetkých úsekoch nerozvetveného obvodu. Pri výpočte obvodov kvázi stacionárneho prúdu v dôsledku vznikajúceho napr. atď. s. kapacitné a indukčné indukcie sa berú do úvahy ako koncentrované parametre. Bežné priemyselné prúdy sú kvázi stacionárne, s výnimkou prúdov v diaľkových prenosových vedeniach, v ktorých nie je splnená podmienka kvázi stacionarity pozdĺž vedenia.
• Vysokofrekvenčný prúd- striedavý prúd (začínajúci na frekvencii približne desiatok kHz), pre ktorý sa stávajú významné javy, ktoré sú buď užitočné, určujúce jeho použitie alebo škodlivé, proti ktorým sa prijímajú potrebné opatrenia, ako napríklad vyžarovanie elektromagnetických vĺn a kožný efekt. Okrem toho, ak sa vlnová dĺžka žiarenia striedavého prúdu stane porovnateľným s rozmermi prvkov elektrického obvodu, dôjde k porušeniu podmienky kvázi stacionarity, čo si vyžaduje špeciálne prístupy k výpočtu a návrhu týchto obvodov.
• Pulzný prúd je periodický elektrický prúd, ktorého priemerná hodnota za dané obdobie je iná ako nula.
• Jednosmerný prúd je elektrický prúd, ktorý nemení svoj smer.

Vírivé prúdy

Vírivé prúdy (alebo Foucaultove prúdy) sú uzavreté elektrické prúdy v masívnom vodiči, ktoré vznikajú pri zmene magnetického toku, ktorý doň preniká, a preto sú vírivé prúdy indukčnými prúdmi. Čím rýchlejšie sa magnetický tok mení, tým silnejšie sú vírivé prúdy. Vírivé prúdy neprúdia po určitých dráhach v drôtoch, ale keď sú uzavreté vo vodiči, vytvárajú vírivé obvody.

Existencia vírivých prúdov vedie k kožnému efektu, to znamená k tomu, že striedavý elektrický prúd a magnetický tok sa šíria hlavne v povrchovej vrstve vodiča. Zahrievanie vodičov vírivými prúdmi vedie k stratám energie, najmä v žilách striedavých cievok. Na zníženie energetických strát pre vírivé prúdy sa používa rozdelenie striedavých magnetických obvodov na samostatné dosky, izolované od seba a umiestnené kolmo na smer vírivých prúdov, čo obmedzuje možné obrysy ich dráh a výrazne zmenšuje ich veľkosť. prúdy. Pri veľmi vysokých frekvenciách sa namiesto feromagnetov pre magnetické obvody používajú magnetodielektrika, pri ktorých vďaka veľmi vysokému odporu prakticky nevznikajú vírivé prúdy.

Charakteristiky

Historicky sa pripúšťa, že smer „“ „prúdu“ sa zhoduje so smerom pohybu kladných nábojov vo vodiči. V tomto prípade, ak jedinými nosičmi prúdu sú negatívne nabité častice (napríklad elektróny v kove), potom je smer prúdu opačný ako smer pohybu nabitých častíc.

Rýchlosť driftu elektrónov

Rýchlosť driftu smerovaného pohybu častíc vo vodičoch spôsobená vonkajším poľom závisí od materiálu vodiča, hmotnosti a náboja častíc, teploty okolia, použitého potenciálového rozdielu a je oveľa menšia ako rýchlosť svetla. Za 1 sekundu sa elektróny vo vodiči pohybujú v dôsledku usporiadaného pohybu o menej ako 0,1 mm. Napriek tomu sa rýchlosť šírenia samotného elektrického prúdu rovná rýchlosti svetla (rýchlosť šírenia prednej strany elektromagnetickej vlny). To znamená, že miesto, kde elektróny po zmene napätia menia svoju rýchlosť pohybu, sa pohybuje s rýchlosťou šírenia elektromagnetických kmitov.

Sila a hustota prúdu

Elektrický prúd má kvantitatívne charakteristiky: skalárny - prúdová hustota a vektorový - prúdová hustota.

Silový prúd a je fyzikálna veličina, ktorá sa rovná pomeru výšky náboja

Za chvíľu prešlo

cez prierez vodiča, na hodnotu tohto časového intervalu.

Sila prúdu v SI sa meria v ampéroch (medzinárodné a ruské označenie: A).

Ohmov zákon aktuálny

v časti obvodu je priamo úmerný elektrickému napätiu

Vzťahuje sa na túto časť obvodu a je nepriamo úmerná jeho odporu

Ak elektrický prúd nie je v úseku obvodu konštantný, potom sa sila napätia a prúdu neustále mení, zatiaľ čo pre bežný striedavý prúd je priemerná sila napätia a prúdu nulová. Priemerný výkon uvoľneného tepla sa však v tomto prípade nerovná nule.

Preto sa používajú nasledujúce koncepty:

• okamžité napätie a prúd, to znamená pôsobiace v danom čase.
• špičkové napätie a prúd, to znamená maximálne absolútne hodnoty
• efektívne (efektívne) napätie a prúd sú určené tepelným účinkom prúdu, to znamená, že majú rovnaké hodnoty, aké majú pre jednosmerný prúd s rovnakým tepelným účinkom.

Súčasná hustota- vektor, ktorého absolútna hodnota sa rovná pomeru prúdu pretekajúceho určitým úsekom vodiča, kolmého na smer prúdu, do oblasti tohto úseku a smer vektora sa zhoduje so smerom pohybu kladných nábojov, ktoré tvoria prúd.

Podľa Ohmovho zákona v diferenciálnej forme je prúdová hustota v médiu

úmerné sile elektrického poľa

a vodivosť média

Moc

Za prítomnosti prúdu vo vodiči sa pracuje proti silovým odporom. Elektrický odpor ľubovoľného vodiča pozostáva z dvoch komponentov:

• aktívny odpor - odolnosť voči tvorbe tepla;
• reaktancia - odpor spôsobený prenosom energie do elektrického alebo magnetického poľa (a naopak).

Zvyčajne sa väčšina práce elektrického prúdu generuje ako teplo. Sila tepelných strát je hodnota rovná množstvu uvoľneného tepla za jednotku času. Podľa zákona Joule-Lenz je sila tepelných strát vo vodiči úmerná sile prúdiaceho prúdu a použitého napätia:

Výkon sa meria vo wattoch.

V spojitom médiu objemové straty výkonu

je určené skalárnym súčinom vektora aktuálnej hustoty

a vektor sily elektrického poľa

v tomto bode:

Objemový výkon sa meria vo wattoch na meter kubický.

Radiačný odpor je spôsobený vytváraním elektromagnetických vĺn okolo vodiča. Tento odpor je komplexne závislý od tvaru a veľkosti vodiča, od dĺžky emitovanej vlny. Pre jediný priamočiary vodič, v ktorom je všade prúd rovnakého smeru a sily a ktorého dĺžka L je oveľa menšia ako dĺžka ním emitovaného elektromagnetického vlnenia.

Závislosť odporu na vlnovej dĺžke a vodiči je pomerne jednoduchá:

Najpoužívanejší elektrický prúd so štandardnou frekvenciou 50 "" Hz "" zodpovedá vlnovej dĺžke asi 6 tisíc kilometrov, a preto je výkon žiarenia v porovnaní s výkonom tepelných strát zvyčajne zanedbateľný. S nárastom frekvencie prúdu sa však dĺžka emitovanej vlny zmenšuje a výkon žiarenia sa podľa toho zvyšuje. Vodič schopný emitovať pozorovateľnú energiu sa nazýva anténa.

Frekvencia

Frekvencia sa vzťahuje na striedavý prúd, ktorý pravidelne mení silu a / alebo smer. Patrí sem aj najčastejšie používaný sínusový prúd.

Perióda striedavého prúdu je najmenší časový interval (vyjadrený v sekundách), po ktorom sa zmeny prúdu (a napätia) opakujú. Počet období vykonaných prúdom za jednotku času sa nazýva frekvencia. Frekvencia sa meria v hertzoch, jeden hertz (Hz) zodpovedá jednému cyklu za sekundu.

Bias prúd

Niekedy je pre pohodlie zavedený koncept výtlačného prúdu. V Maxwellových rovniciach je posunovací prúd prítomný na rovnakom základe s prúdom spôsobeným pohybom nábojov. Intenzita magnetického poľa závisí od celkového elektrického prúdu rovnajúceho sa súčtu vodivého prúdu a výtlačného prúdu. Podľa definície je predpätý prúd hustota

Vektorové množstvo úmerné rýchlosti zmeny elektrického poľa

na čas:

Faktom je, že pri zmene elektrického poľa, ako aj pri prúdení prúdu, sa vytvára magnetické pole, vďaka ktorému sú tieto dva procesy navzájom podobné. Okrem toho je zmena elektrického poľa zvyčajne sprevádzaná prenosom energie. Napríklad pri nabíjaní a vybíjaní kondenzátora napriek tomu, že sa nabité častice nepohybujú medzi jeho doskami, hovoria o výtlačnom prúde, ktorý ním preteká, prenáša určitú energiu a zvláštnym spôsobom uzatvára elektrický obvod. Bias prúd

v kondenzátore je určená vzorcom:

Náboj na kondenzátorových doskách,

Elektrické napätie medzi doskami,

Elektrická kapacita kondenzátora.

Zdvihový prúd nie je elektrický prúd, pretože nie je spojený s pohybom elektrického náboja.

Základné typy vodičov

Na rozdiel od dielektrika majú vodiče voľné nosiče nekompenzovaných nábojov, ktoré sa pri pôsobení sily spravidla rozdielom v elektrických potenciáloch uvedú do pohybu a vytvoria elektrický prúd. Voltampérová charakteristika (závislosť sily prúdu na napätí) je najdôležitejšou charakteristikou vodiča. Pre kovové vodiče a elektrolyty má najjednoduchšiu formu: prúdová sila je priamo úmerná napätiu (Ohmov zákon).

Kovy - tu sú nositeľmi prúdu vodivé elektróny, ktoré sa zvyčajne považujú za elektrónový plyn, čo jasne ukazuje kvantové vlastnosti zdegenerovaného plynu.

Plazma je ionizovaný plyn. Elektrický náboj sa prenáša iónmi (kladnými aj zápornými) a voľnými elektrónmi, ktoré sa tvoria pôsobením žiarenia (ultrafialové, röntgenové a iné) a (alebo) zahrievaním.

Elektrolyty sú kvapalné alebo tuhé látky a systémy, v ktorých sú ióny prítomné v akejkoľvek znateľnej koncentrácii, ktorá spôsobuje prechod elektrického prúdu. Ióny sa tvoria počas elektrolytickej disociácie. Pri zahrievaní klesá odpor elektrolytov v dôsledku zvýšenia počtu molekúl rozložených na ióny. V dôsledku prechodu prúdu elektrolytom ióny prichádzajú k elektródam a sú neutralizované a usadzujú sa na nich. Faradayove zákony elektrolýzy určujú hmotnosť látky uvoľnenej na elektródach.

Vo vákuu je tiež elektrický prúd elektrónov, ktorý sa používa v katódových prístrojoch.

Elektrické prúdy v prírode

Atmosférická elektrina je elektrina, ktorá je obsiahnutá vo vzduchu. Po prvýkrát ukázal Benjamin Franklin prítomnosť elektriny vo vzduchu a vysvetlil príčinu hromov a bleskov.

Následne sa zistilo, že elektrina sa hromadí pri zahusťovaní pár v horných vrstvách atmosféry a nasledujú nasledujúce zákony, ktoré nasledujú:

• pri jasnej oblohe, ako aj pri zatiahnutej oblohe je elektrina atmosféry vždy pozitívna, ak v určitej vzdialenosti od pozorovacieho bodu neprší, neprší ani neprší sneh ani krupobitie;
• napätie elektriny v oblakoch je dostatočne silné na to, aby sa uvoľnilo z prostredia až vtedy, keď sa para oblakov kondenzuje na dažďové kvapky, čo sa dá dokázať skutočnosťou, že na mieste pozorovania nie sú bleskové výboje bez dažďa, snehu alebo krupobitia , okrem spätného úderu blesku;
• atmosférická elektrina rastie so zvyšujúcou sa vlhkosťou a dosahuje maximum, keď padá dážď, krúpy a sneh;
• miesto, kde prší, je nádrž pozitívnej elektriny obklopená pásom negatívnej elektriny, ktorá je zase uzavretá v páse pozitívnej elektriny. Na hraniciach týchto pásov je napätie nulové.

Pohyb iónov pod vplyvom síl elektrického poľa vytvára v atmosfére vertikálny vodivý prúd s priemernou hustotou asi (2 ÷ 3) · 10 −12 A / m².

Celkový prúd prúdiaci na celý povrch Zeme je približne 1 800 A.

Blesk je prírodný elektrický iskrový výboj. Bola ustanovená elektrická podstata polárnej žiary. Svetlá sv. Elma sú prírodný korónový elektrický výboj.

Bioprúdy - pohyb iónov a elektrónov hrá veľmi významnú úlohu vo všetkých životných procesoch. Biopotenciál vytvorený v tomto prípade existuje ako na intracelulárnej úrovni, tak v jednotlivých častiach tela a orgánov. K prenosu nervových impulzov dochádza pomocou elektrochemických signálov. Niektoré zvieratá (elektrické lúče, elektrické úhory) sú schopné akumulovať potenciál niekoľko stoviek voltov a využiť ho na sebaobranu.

Aplikácia

Pri štúdiu elektrického prúdu bolo objavených mnoho z jeho vlastností, ktoré mu umožnili nájsť praktické uplatnenie v rôznych oblastiach ľudskej činnosti, ba dokonca vytvárať nové oblasti, ktoré by boli bez existencie elektrického prúdu nemožné. Po nájdení praktického použitia elektrického prúdu a z dôvodu, že elektrický prúd je možné získať rôznymi spôsobmi, vznikol v priemyselnej sfére nový koncept - elektroenergetika.

Elektrický prúd sa používa ako prenášač signálov rôznej zložitosti a typu v rôznych oblastiach (telefón, rádio, ovládací panel, tlačidlo zámku dverí atď.).

V niektorých prípadoch sa vyskytujú nežiaduce elektrické prúdy, ako napríklad bludné prúdy alebo skratové prúdy.

Využitie elektrického prúdu ako nosiča energie

• získavanie mechanickej energie vo všetkých druhoch elektrických motorov,
• získavanie tepelnej energie vo vykurovacích zariadeniach, elektrických peciach, pri elektrickom zváraní,
• získavanie svetelnej energie v osvetľovacích a signalizačných zariadeniach,
• budenie elektromagnetických oscilácií vysokých, vysokých a rádiových vĺn,
• zvuk
• získavanie rôznych látok elektrolýzou, nabíjaním elektrických batérií. Tu sa elektromagnetická energia premieňa na chemickú energiu,
• vytváranie magnetického poľa (v elektromagnetoch).

Využitie elektrického prúdu v medicíne

• diagnostika - bioprúdy zdravých a chorých orgánov sú rôzne, pričom je možné určiť chorobu, jej príčiny a predpísať liečbu. Odvetvie fyziológie, ktoré študuje elektrické javy v tele, sa nazýva elektrofyziológia.
  • Elektroencefalografia je metóda na štúdium funkčného stavu mozgu.
  • Elektrokardiografia je technika na zaznamenávanie a štúdium elektrických polí počas práce srdca.
  • Elektrogastrografia je metóda na štúdium motorickej aktivity žalúdka.
  • Elektromyografia je metóda na štúdium bioelektrických potenciálov vznikajúcich v kostrových svaloch.
• Liečba a resuscitácia: elektrická stimulácia určitých oblastí mozgu; liečba Parkinsonovej choroby a epilepsie, tiež pri elektroforéze. Kardiostimulátor stimulujúci srdcový sval impulzným prúdom sa používa pri bradykardii a iných srdcových arytmiách.

elektrická bezpečnosť

Zahŕňa právne, sociálno-ekonomické, organizačné a technické, sanitárne a hygienické, liečebné a profylaktické, rehabilitačné a iné opatrenia. Pravidlá elektrickej bezpečnosti sú regulované právnymi a technickými dokumentmi, regulačnou a technickou základňou. Znalosti zo základov elektrickej bezpečnosti sú povinné pre personál obsluhujúcich elektrické inštalácie a elektrické zariadenia. Ľudské telo je vodič elektrického prúdu. Odpor človeka so suchou a neporušenou pokožkou sa pohybuje od 3 do 100 kOhm.

Prúd prechádzajúci ľudským alebo zvieracím organizmom vyvoláva nasledujúce činnosti:

• tepelné (popáleniny, zahriatie a poškodenie krvných ciev);
• elektrolytické (rozklad krvi, porušenie fyzikálno-chemického zloženia);
• biologické (podráždenie a vzrušenie telesných tkanív, kŕče)
• mechanické (prasknutie krvných ciev pod vplyvom tlaku pary získaného zahriatím s prietokom krvi)

Hlavným faktorom určujúcim výsledok úrazu elektrickým prúdom je množstvo prúdu prechádzajúce ľudským telom. Z bezpečnostných dôvodov je elektrický prúd klasifikovaný takto:

• "bezpečný" "je prúd, ktorého dlhodobý prechod ľudským telom mu neškodí a nespôsobuje žiadne vnemy, jeho hodnota nepresahuje 50 μA (striedavý prúd 50 Hz) a 100 μA jednosmerný prúd;
• "" Minimálny vnímateľný "" ľudský striedavý prúd je asi 0,6 - 1,5 mA (AC 50 Hz) a 5 - 7 mA DC;
• prah „„ nepustiť “je minimálny prúd takej sily, pri ktorej človek už nie je schopný vôľou strhnúť ruky zo živej časti. Pre striedavý prúd je to asi 10-15 mA, pre jednosmerný prúd je to 50-80 mA;
• „Fibrilačný prah“ „označuje striedavý prúd (50 Hz) asi 100 mA a 300 mA DC, ktorého vystavenie po dobu dlhšiu ako 0,5 s pravdepodobne spôsobí fibriláciu srdcových svalov. Táto hranica sa súčasne považuje za podmienene smrteľnú pre ľudí.

V Rusku v súlade s Pravidlami technickej prevádzky elektrických inštalácií spotrebiteľov (vyhláška Ministerstva energetiky Ruskej federácie z 13.01.2003 č. 6 „O schválení Pravidiel technickej prevádzky elektrických inštalácií spotrebiteľov“ ") a Pravidlá na ochranu práce počas prevádzky elektrických inštalácií (vyhláška Ministerstva energetiky Ruskej federácie z 27.12.2000 N 163" O schválení medzirezortných pravidiel na ochranu práce (bezpečnostné pravidlá) počas prevádzky elektrických zariadení zariadení “), bolo zriadených 5 kvalifikačných skupín pre elektrickú bezpečnosť v závislosti od kvalifikácie a skúseností zamestnanca a napätia elektrických inštalácií.

Poznámky

• Baumgart K.K., Elektrický prúd.
• A.S. Kasatkin. Elektrotechnika.
• JUH. Sindeev. Elektrotechnika s elektronickými prvkami.

Elektrický prúd možno predstaviť ako riadený pohyb nabitých častíc, ktoré sa tradične berú ako nosiče záporného náboja alebo elektrónov. Toto tvrdenie platí pre pevné vodiče, kde sa konštantná prítomnosť voľných nabitých častíc považuje za normu. Pre kvapalné a plynné médiá sú takýmito nosičmi kladne nabité ióny, cez ktoré sa uskutočňuje prenos hmoty.

Fyzická entita

Pre jasné pochopenie toho, ako prúd prúdi, sa musíte najskôr oboznámiť so základnými fyzikálnymi javmi, ktoré vedú k vzniku usporiadaného toku. Podľa molekulárno-atomistickej teórie sa všetky prírodné telá (bez ohľadu na ich stav agregácie) skladajú z molekúl a atómov, ktoré zahŕňajú negatívne nabité elektróny.

Na objasnenie princípov formovania toku nabitých častíc je najvýhodnejšie reprezentovať zloženie fyzických telies nasledovne:

• Atómy, ktoré tvoria molekuly, sú konvenčne reprezentované vo forme jadra v strede a elektrónov otáčajúcich sa okolo neho rýchlosťou svetla;
• Kvôli rozdielnej polarite týchto dvoch zložiek má ich kombinácia za normálnych podmienok nulový náboj;

Ďalšie informácie. V atómoch ľubovoľného chemického prvku sa počet elektrónov rotujúcich na obežných dráhach rovná celkovému náboju jadra, čo zaisťuje ich elektrickú neutralitu.

• V atómoch niektorých látok na vonkajších obaloch sa nachádza veľké množstvo elektrónov, ktoré sú navyše atómovými štandardmi odstránené z jadra vo významných vzdialenostiach;
• V niektorých časových okamihoch sú niektoré z nich odhodené z obežných dráh a začnú sa voľne „túlať“ medzi atómami, priťahujú ich susedné jadrá alebo odpudzujú ich elektróny.

V dôsledku týchto procesov sa v kovových predmetoch objavujú bezplatné náboje, ktoré sa pri použití elektrického potenciálu (napätia) opačného znamienka začnú usporiadane pohybovať.

Smerovaný pohyb nosičov voľného náboja v tuhých látkach (vodičoch) sa nazýva elektrický prúd.

V látkach s nízkym obsahom voľných elektrónov je tento pohyb buď úplne nemožný (dielektrika), alebo je obmedzený na malú hodnotu. Takéto materiály nedostatočne nasýtené nosičmi elektrickej energie sa nazývajú polovodiče.

Druhy prúdov

Prúdy elektrónov prítomné vo vodivých materiáloch sa môžu neustále pohybovať jedným smerom alebo neustále meniť svoj smer. V prvom prípade tvoria striedavé prúdy a v druhom priamom prúde.

Variabilné toky sa tvoria pod vplyvom napätia rôzneho rozsahu a znamienka, aplikovaného na konce vodiča a na získanie signálu konštantného prúdu sa použije potenciálny rozdiel rovnakej polarity.

Poznámka! Meniace sa prúdy pretekajú elektroinštaláciou ktoréhokoľvek bytu a príkladom druhého typu je jednosmerný pohyb elektrónov v akumulátoroch alebo batériách.

Historicky sa v okruhu s konštantným prietokom považuje jeho smer za pohyb od „plusu“ napájacieho zdroja k jeho „mínusu“. Aj keď sa v skutočnosti nosiče záporného náboja pohybujú opačným smerom (od „mínus“ do „plus“). Ale predtým prijatý podmienený smer bol v mysliach ľudí tak zakorenený, že zostal nezmenený, pretože hodnota tohto parametra bola považovaná za absolútne podmienenú.

Aby sme pochopili, kadiaľ prúdia striedavé prúdy, treba vychádzať priamo z ich definície. V tejto situácii pod vplyvom striedavého potenciálu (napätia) menia smer s určitou frekvenciou.

Dôležité! V ruských sieťach pre domácnosť má striedavé napätie frekvenciu 50 Hertzov. Pri vhodnej frekvencii mení prúd, ktorý preteká elektroinštaláciou, aj svoj smer.

V zahraničných elektrických sieťach (najmä v USA a Japonsku) je táto frekvencia 60 Hz, čo trochu zvyšuje účinnosť pri súčasnom zvyšovaní strát v napájacích vedeniach.

Obojsmerný pohyb nábojov

Vo väčšine kovov sa súčasne s tokom elektrónov pozoruje opačný pohyb častíc opačných znakov, tvorených kladne nabitými atómami. Ich pohyb sa zhoduje s historicky stanovenou definíciou (od „plus“ do „mínus“), takže ak je to žiaduce, môže sa pohyb týchto zložiek hmoty brať ako pravý smer.

Dodajme k tomu, čo už bolo povedané, že v kvapalinách a plynoch sa atómové častice s rôznymi nábojmi (už spomínané ióny a elektróny) pohybujú aj opačným smerom. Tento spôsob formovania toku častíc v reťazci sa nazýva elektrolýza, ktorá sa široko používa v rôznych priemyselných odvetviach.

Na záver si všimneme, že na rozdiel od teoretického pohľadu má v praxi zásadný význam konvenčne zvolený smer pohybu elektrónov v konkrétnom elektrickom obvode. Akýkoľvek reťazec rádioelementov, ktorý je v ňom zahrnutý, sa spočiatku počíta pre určitú polaritu dodávaného napätia, a teda pre daný smer generovaného prúdového signálu.

Video