Prąd elektryczny występuje, gdy. Prąd elektryczny. Aktualna siła. Opór. Stacjonarne pole elektryczne

Ukierunkowany ruch naładowanych cząstek w polu elektrycznym.

Naładowane cząstki mogą być elektronami lub jonami (naładowanymi atomami).

Atom, który utracił jeden lub więcej elektronów, zyskuje ładunek dodatni. - Anion (jon dodatni).
Atom, który zyskał jeden lub więcej elektronów, zyskuje ładunek ujemny. - Kation (jon ujemny).
Jony są uważane za ruchome naładowane cząstki w cieczach i gazach.

W metalach nośnikami ładunku są wolne elektrony, takie jak cząstki naładowane ujemnie.

W półprzewodnikach rozważamy ruch (ruch) ujemnie naładowanych elektronów z jednego atomu do drugiego, a w rezultacie ruch między atomami powstałych dodatnio naładowanych wolnych miejsc - dziur.

Dla kierunek prądu elektrycznego kierunek ruchu ładunków dodatnich jest umownie przyjęty. Zasada ta została ustalona na długo przed badaniem elektronu i pozostaje aktualna do dziś. Natężenie pola elektrycznego wyznacza się także dla dodatniego ładunku próbnego.

Za dowolne jedno ładowanie Q w polu elektrycznym o natężeniu mi działa siła F = qE, co przesuwa ładunek w kierunku wektora tej siły.

Rysunek pokazuje, że wektor siły F - = -qE, działając na ładunek ujemny -Q, jest skierowany w kierunku przeciwnym do wektora natężenia pola, jako iloczyn wektora mi do wartości ujemnej. W rezultacie ujemnie naładowane elektrony, które są nośnikami ładunku w metalowych przewodnikach, w rzeczywistości mają kierunek ruchu przeciwny do wektora natężenia pola i ogólnie przyjętego kierunku prądu elektrycznego.

Kwota obciążenia Q= 1 zawieszka przesunięta w czasie przez przekrój przewodu T= 1 sekunda, określona przez aktualną wartość I= 1 amper ze stosunku:

I = Q/t.

Aktualny współczynnik I= 1 amper w przewodniku do jego pola przekroju poprzecznego S= 1 m 2 określi gęstość prądu J= 1 A/m2:

Stanowisko A= 1 dżul wydany na ładunek transportowy Q= 1 Wisior od punktu 1 do punktu 2 określi wartość napięcie elektryczne U= 1 wolt jako różnica potencjałów φ 1 i φ 2 pomiędzy tymi punktami z obliczeń:

U = Pytanie = φ 1 - φ 2

Prąd elektryczny może być stały lub przemienny.

Prąd stały - prąd elektryczny, którego kierunek i wielkość nie zmieniają się w czasie.

Prąd przemienny to prąd elektryczny, którego wielkość i kierunek zmieniają się w czasie.

Już w 1826 roku niemiecki fizyk Georg Ohm odkrył ważne prawo dotyczące elektryczności, które określa ilościową zależność między prądem elektrycznym a właściwościami przewodnika, charakteryzującymi jego zdolność do wytrzymywania prądu elektrycznego.
Właściwości te stały się później znane jako opór elektryczny, oznaczony literą R i mierzone w omach na cześć odkrywcy.
Prawo Ohma we współczesnej interpretacji wykorzystującej klasyczny stosunek U/R określa ilość prądu elektrycznego w przewodniku na podstawie napięcia U na końcach tego przewodnika i jego rezystancja R:

Prąd elektryczny w przewodnikach

Przewodniki zawierają nośniki swobodnego ładunku, które pod wpływem pola elektrycznego poruszają się i wytwarzają prąd elektryczny.

W przewodnikach metalowych nośnikami ładunku są wolne elektrony.
Wraz ze wzrostem temperatury chaotyczny ruch termiczny atomów zakłóca kierunkowy ruch elektronów i wzrasta opór przewodnika.
Podczas chłodzenia i temperatura zbliża się do zera absolutnego, gdy ruch cieplny ustanie, opór metalu dąży do zera.

Prąd elektryczny w cieczach (elektrolitach) istnieje jako ukierunkowany ruch naładowanych atomów (jonów), które powstają w procesie dysocjacji elektrolitycznej.
Jony przemieszczają się w stronę elektrod o przeciwnych znakach i ulegają neutralizacji, osadzając się na nich. - Elektroliza.
Aniony są jonami dodatnimi. Przesuwają się do elektrody ujemnej - katody.
Kationy to jony ujemne. Przesuwają się do elektrody dodatniej - anody.
Prawa elektrolizy Faradaya określają masę substancji uwolnionej na elektrodach.
Po podgrzaniu opór elektrolitu zmniejsza się ze względu na wzrost liczby cząsteczek rozkładanych na jony.

Prąd elektryczny w gazach - plazma. Ładunek elektryczny przenoszony jest przez jony dodatnie lub ujemne oraz wolne elektrony, które powstają pod wpływem promieniowania.

W próżni prąd elektryczny występuje w postaci przepływu elektronów od katody do anody. Stosowany w urządzeniach wykorzystujących wiązkę elektronów - lampach.

Prąd elektryczny w półprzewodnikach

Półprzewodniki zajmują pozycję pośrednią między przewodnikami i dielektrykami pod względem ich rezystywności.
Znaczącą różnicę między półprzewodnikami a metalami można uznać za zależność ich rezystywności od temperatury.
Wraz ze spadkiem temperatury rezystancja metali maleje, podczas gdy w przypadku półprzewodników wręcz przeciwnie, wzrasta.
Gdy temperatura zbliża się do zera absolutnego, metale stają się nadprzewodnikami, a półprzewodniki - izolatorami.
Faktem jest, że w temperaturze zera absolutnego elektrony w półprzewodnikach będą zajęte tworzeniem wiązań kowalencyjnych między atomami sieci krystalicznej i, w idealnym przypadku, nie będzie wolnych elektronów.
Wraz ze wzrostem temperatury część elektronów walencyjnych może otrzymać energię wystarczającą do rozerwania wiązań kowalencyjnych, w wyniku czego w krysztale pojawią się wolne elektrony, a w miejscach pęknięcia tworzą się wakaty, zwane dziurami.
Wolne miejsce może zająć elektron walencyjny z sąsiedniej pary, a dziura przesunie się w nowe miejsce w krysztale.
Kiedy wolny elektron spotyka dziurę, następuje przywrócenie wiązania elektronicznego pomiędzy atomami półprzewodnika i następuje proces odwrotny – rekombinacja.
Pary elektron-dziura mogą pojawiać się i ponownie łączyć, gdy półprzewodnik jest oświetlany pod wpływem energii promieniowania elektromagnetycznego.
W przypadku braku pola elektrycznego elektrony i dziury uczestniczą w chaotycznym ruchu termicznym.
W pole elektryczne W uporządkowanym ruchu uczestniczą nie tylko powstające wolne elektrony, ale także dziury, które uważane są za cząstki naładowane dodatnio. Aktualny I w półprzewodniku składa się z elektronu W i dziura IP prądy

Półprzewodniki obejmują: pierwiastki chemiczne, takie jak german, krzem, selen, tellur, arsen itp. Najpopularniejszym półprzewodnikiem w przyrodzie jest krzem.

Komentarze i sugestie są akceptowane i mile widziane!

Artykuł ten pokazuje, że we współczesnej fizyce idea prądu elektrycznego jest zmitologizowana i nie ma dowodów na jej współczesną interpretację.

Z punktu widzenia eterodynamiki uzasadniono koncepcję prądu elektrycznego jako przepływu gazu fotonowego oraz warunków jego istnienia.

Wstęp. W historii nauki wiek XIX nazywany był wiekiem elektryczności. Niesamowity wiek XIX, który położył podwaliny pod rewolucję naukową i technologiczną, która tak zmieniła świat, rozpoczął się od ogniwa galwanicznego - pierwszej baterii, chemicznego źródła prądu (kolumny galwanicznej) i odkrycia prądu elektrycznego. Badania nad prądem elektrycznym prowadzono na szeroką skalę już w pierwszych latach XIX wieku. dał impuls do przenikania elektryczności do wszystkich sfer życia ludzkiego. Nowoczesne życie jest nie do pomyślenia bez radia i telewizji, telefonu, smartfona i komputera, wszelkiego rodzaju urządzeń oświetleniowych i grzewczych, maszyn i urządzeń opartych na możliwości wykorzystania prądu elektrycznego.

Jednak powszechne wykorzystanie elektryczności od pierwszych dni odkrycia prądu elektrycznego stoi z nim w głębokiej sprzeczności uzasadnienie teoretyczne. Ani XIX-wieczna, ani współczesna fizyka nie są w stanie odpowiedzieć na pytanie: czym jest prąd elektryczny? Na przykład w następującym stwierdzeniu z Encyklopedii Britannica:

„Pytanie: „Co to jest elektryczność?”, podobnie jak pytanie: „Co to jest materia?”, leży poza sferą fizyki i należy do sfery metafizyki.

Pierwsze szeroko znane eksperymenty z prądem elektrycznym przeprowadził włoski fizyk Galvani pod koniec XVIII wieku. Inny włoski fizyk Volta stworzył pierwsze urządzenie zdolne do wytwarzania długotrwałego prądu elektrycznego - ogniwo galwaniczne. Volta wykazał, że kontakt różnych metali prowadzi je do stanu elektrycznego, a po dodaniu cieczy przewodzącej prąd powstaje bezpośredni przepływ prądu. Powstały w tym przypadku prąd nazywany jest prądem galwanicznym, a samo zjawisko nazywa się galwanizmem. Jednocześnie prąd, zdaniem Volty, jest ruchem płynów elektrycznych – płynów.

Dokonano istotnej zmiany w rozumieniu istoty prądu elektrycznego

M. Faradaya. Potwierdzili tożsamość poszczególne gatunki energia elektryczna pochodząca z różne źródła. Bardzo ważne dzieła rozpoczął eksperymenty z elektrolizą. Odkrycie uznano za dowód na to, że poruszająca się energia elektryczna jest praktycznie identyczna z energią elektryczną powstającą na skutek tarcia, czyli elektrycznością statyczną. Jego seria pomysłowych eksperymentów z elektrolizą była przekonującym potwierdzeniem idei, której istota sprowadza się do tego, co następuje: jeśli substancja ze swej natury ma budowę atomową, to w procesie elektrolizy każdy atom otrzymuje określoną ilość energii elektrycznej .

W 1874 r. irlandzki fizyk J. Stoney (Stoney) wygłosił wykład w Belfaście, w którym wykorzystał prawa elektrolizy Faradaya jako podstawę atomowej teorii elektryczności. Opierając się na wielkości całkowitego ładunku przechodzącego przez elektrolit i dość przybliżonym oszacowaniu liczby atomów wodoru uwolnionych na katodzie, Stoney uzyskał dla ładunku elementarnego liczbę rzędu 10–20 C (w nowoczesnych jednostkach). Raport ten został w całości opublikowany dopiero w 1881 roku, kiedy to niemiecki naukowiec

G. Helmholtz zauważył w jednym ze swoich wykładów w Londynie, że jeśli przyjąć hipotezę o budowie atomowej pierwiastków, nie sposób nie dojść do wniosku, że elektryczność również dzieli się na elementarne części, czyli „atomy elektryczności”. Ten wniosek Helmholtza zasadniczo wynikał z wyników Faradaya dotyczących elektrolizy i przypominał własne oświadczenie Faradaya. Badania Faradaya nad elektrolizą odegrały zasadniczą rolę w rozwoju teorii elektronu.

W 1891 roku Stoney, który popierał pogląd, że prawa elektrolizy Faradaya oznaczają istnienie naturalnej jednostki ładunku, ukuł termin „elektron”.

Jednak wkrótce wprowadzony przez Stone'a termin elektron traci swoją pierwotną istotę. W 1892 r H. Lorentz tworzy własną teorię elektronów. Według niego prąd powstaje w wyniku ruchu maleńkich naładowanych cząstek – elektronów dodatnich i ujemnych.

W koniec XIX V. Zaczęła się rozwijać elektroniczna teoria przewodnictwa. Początki teorii dał w 1900 roku niemiecki fizyk Paul Drude. Teorię Drudego włączono do zajęć z fizyki pod nazwą klasycznej teorii przewodnictwa elektrycznego metali. W tej teorii elektrony porównuje się do atomów gazu doskonałego wypełniających sieć krystaliczną metalu, a prąd elektryczny przedstawia się jako przepływ tego gazu elektronowego.

Po przedstawieniu modelu atomu Rutherforda przeprowadzono serię pomiarów wartości ładunku elementarnego w latach 20. XX wieku. w fizyce ostatecznie ukształtowała się koncepcja prądu elektrycznego jako przepływu wolnych elektronów, elementy konstrukcyjne atom materii.

Model swobodnych elektronów okazał się jednak niemożliwy do wyjaśnienia istoty prądu elektrycznego w ciekłych elektrolitach, gazach i półprzewodnikach. Aby wesprzeć istniejącą teorię prądu elektrycznego, wprowadzono nowe nośniki ładunku elektrycznego - jony i dziury.

W oparciu o powyższe we współczesnej fizyce powstała koncepcja ostateczna według współczesnych standardów: prąd elektryczny to ukierunkowany ruch nośników ładunku elektrycznego (elektronów, jonów, dziur itp.).

Za kierunek przepływu prądu elektrycznego uważa się kierunek ruchu ładunków dodatnich; jeśli prąd jest tworzony przez ujemnie naładowane cząstki (na przykład elektrony), wówczas kierunek prądu uważa się za przeciwny do ruchu cząstek.

Prąd elektryczny nazywa się stałym, jeśli siła prądu i jego kierunek nie zmieniają się w czasie. Aby w jakimkolwiek ośrodku pojawił się i utrzymywał się prąd, muszą zostać spełnione dwa warunki: - obecność w ośrodku swobodnych ładunków elektrycznych; — wytworzenie pola elektrycznego w ośrodku.

Jednak takie przedstawienie prądu elektrycznego okazało się nie do utrzymania w opisie zjawiska nadprzewodnictwa. Ponadto, jak się okazało, istnieje wiele sprzeczności w określonej reprezentacji prądu elektrycznego przy opisie funkcjonowania prawie wszystkich typów urządzeń elektronicznych. Konieczność interpretacji pojęcia prądu elektrycznego w różne warunki i w różne typy urządzenia elektroniczne z jednej strony, a także brak zrozumienia istoty prądu elektrycznego z drugiej, zmusiły współczesną fizykę do stworzenia elektronu, nośnika ładunku elektrycznego, „figaro” („wolny”, „szybki ”, „wybity”, „emitowany”, „hamujący”, „relatywistyczny”, „foto”, „termiczny” itp.), co ostatecznie podniosło pytanie „ co to jest prąd elektryczny? w ślepy zaułek.

Znaczenie teoretycznej reprezentacji prądu elektrycznego w nowoczesne warunki znacznie wzrosła nie tylko ze względu na powszechne wykorzystanie energii elektrycznej w życiu człowieka, ale także ze względu na wysoki koszt i wykonalność techniczną, na przykład megaprojekty naukowe realizowane przez wszystkie rozwinięte kraje świata, w których koncepcja prądu elektrycznego odgrywa ważną rolę znaczącą rolę.

Eteryczna dynamiczna koncepcja przedstawiania prądu elektrycznego. Z powyższej definicji wynika, że ​​prąd elektryczny jest ruchem ukierunkowanym nośniki ładunku elektrycznego. Oczywiście ujawnienie istoty fizycznej prądu elektrycznego polega na rozwiązaniu problemu istoty fizycznej ładunku elektrycznego i tego, co jest nośnikiem tego ładunku.

Problem fizycznej istoty ładunku elektrycznego jest problemem nierozwiązanym zarówno przez fizykę klasyczną, jak i współczesną fizykę kwantową na przestrzeni dziejów rozwoju elektryczności. Rozwiązanie tego problemu okazało się możliwe jedynie przy zastosowaniu metodologii eterodynamiki, nowej koncepcji w fizyce XXI wieku.

Zgodnie z definicją eterodynamiczną: ładunek elektryczny jest miarą ruchu strumienia eteru... .Ładunek elektryczny jest właściwością właściwą wszystkim cząstkom elementarnym i niczym więcej. Ładunek elektryczny to wielkość posiadająca określony znak, czyli zawsze dodatnia.

Z wskazanej istoty fizycznej ładunku elektrycznego wynika, że ​​powyższa definicja prądu elektrycznego jest błędna ze względu na to, że jony, dziury itp. nie mogą być przyczyną prądu elektrycznego, gdyż nie są nośnikami ładunku elektrycznego, gdyż nie są elementami poziomu organizacyjnego materii fizycznej - cząstki elementarne(zgodnie z definicją).

Elektrony, jako cząstki elementarne, mają jednak ładunek elektryczny zgodnie z definicją: są jedną z podstawowych jednostek strukturalnych materii, formypowłoki elektroniczne atomy , o strukturze której decyduje większość optyczna, elektryczna, magnetyczna, mechaniczna iwłaściwości chemiczne substancje, nie mogą być ruchomymi (wolnymi) nośnikami ładunku elektrycznego. Wolny elektron to mit stworzony przez współczesną fizykę w celu interpretacji pojęcia prądu elektrycznego, który nie ma żadnego praktycznego ani teoretycznego dowodu. Jest oczywiste, że gdy tylko „wolny” elektron opuści atom substancji, tworząc prąd elektryczny, z pewnością muszą nastąpić zmiany we właściwościach fizykochemicznych tej substancji (zgodnie z definicją), czego w przyrodzie nie obserwuje się . Założenie to potwierdziły eksperymenty niemieckiego fizyka Karla Viktora Eduarda Rikke: „przepływowi prądu przez metale (przewodniki pierwszego rodzaju) nie towarzyszy przemiana chemiczna ich." Obecnie zależność właściwości fizykochemicznych substancji od obecności jednego lub drugiego elektronu w atomie substancji została dobrze zbadana i potwierdzona eksperymentalnie, na przykład w pracy.

Pojawia się także wzmianka o eksperymentach przeprowadzonych po raz pierwszy w 1912 roku przez L. I. Mandelstama i N. D. Papaleksiego, lecz przez nich niepublikowanych. Cztery lata później (1916) R. C. Tolman i T. D. Stewart opublikowali wyniki swoich eksperymentów, które okazały się podobne do eksperymentów Mandelstama i Papaleksiego. We współczesnej fizyce eksperymenty te służą jako bezpośrednie potwierdzenie, że wolne elektrony należy uważać za nośniki prądu elektrycznego w metalu.

Aby zrozumieć niepoprawność tych eksperymentów, wystarczy rozważyć schemat i metodykę eksperymentu, w którym jako przewodnik wykorzystano cewkę indukcyjną, która obracała się wokół własnej osi i gwałtownie zatrzymywała. Cewkę połączono za pomocą styków ślizgowych z galwanometrem, który rejestrował występowanie inercyjnego pola elektromagnetycznego. Faktycznie można powiedzieć, że w tym eksperymencie rolę sił zewnętrznych tworzących PEM odegrała siła bezwładności, tzn. jeśli w metalu znajdują się nośniki swobodnego ładunku posiadające masę, to Oni musi być posłusznyprawo bezwładności . Oświadczenie " Oni musi być posłusznyprawo bezwładności ” błędne w tym sensie, że zgodnie z poziomowym podejściem do organizacji materii fizycznej elektrony, jako elementy poziomu „cząstek elementarnych”, podlegają jedynie prawom dynamiki elektro- i gazowej, tj. prawom mechaniki (Newton) nie mają do nich zastosowania.

Aby to założenie było przekonujące, rozważmy dobrze znany problem 3.1: obliczmy stosunek sił oddziaływania elektrostatycznego (Fe) i grawitacyjnego (Fgr) pomiędzy dwoma elektronami i pomiędzy dwoma protonami.

Rozwiązanie: dla elektronów Fe/Fgr = 4,10 42, dla protonów Fe/Fgr = 1,24,10 36, tj. wpływ siły grawitacyjne tak mało, że nie można ich wziąć pod uwagę. To stwierdzenie jest prawdziwe również w przypadku sił bezwładności.

Oznacza to, że wyrażenie na SEM (zaproponowane przez R. C. Tolmana i T. D. Stewarta), oparte na jego definicji w kategoriach sił zewnętrznych Fsklep, działając na ładunki znajdujące się w przewodniku poddanym hamowaniu:

ε = 1/e ∫F sklep∙dl,

błędne w swoim sformułowaniu, gdyż Fsklep → 0.

Jednakże w wyniku przeprowadzonego eksperymentu zaobserwowano krótkotrwałe odchylenie igły galwanometru, co wymaga wyjaśnienia. Aby zrozumieć ten proces należy zwrócić uwagę na sam galwanometr, do którego wykorzystano tzw. galwanometr balistyczny. W instrukcji obsługi dostępna jest taka opcja.

Galwanometr balistyczny może służyć jako webermetr (tj. mierzyć strumień magnetyczny przez zamknięty przewodnik, taki jak cewka), w tym celu do styków galwanometru balistycznego podłącza się cewkę indukcyjną, która jest umieszczana w polu magnetycznym . Jeśli następnie nagle usuniesz cewkę pole magnetyczne lub obróć tak, aby oś cewki była prostopadła linie energetyczne pól, wówczas możliwy jest pomiar ładunku przechodzącego przez cewkę w wyniku indukcji elektromagnetycznej, ponieważ zmiana strumienia magnetycznego jest proporcjonalna do przepuszczonego ładunku, kalibrując odpowiednio galwanometr, można wyznaczyć zmianę strumienia w Weberze.

Z powyższego wynika, że ​​zastosowanie galwanometru balistycznego jako webermetru odpowiada metodzie eksperymentu R. C. Tolmana i T. D. Stewarta w obserwacji prądu inercyjnego w metalach. Otwarte pozostaje pytanie o źródło pola magnetycznego, którym może być na przykład pole magnetyczne Ziemi. Wpływ zewnętrznego pola magnetycznego nie został uwzględniony i zbadany przez R. C. Tolmana i T. D. Stewarta, co doprowadziło do mitologizacji wyników eksperymentu.

Istota prądu elektrycznego. Z powyższego wynika, że ​​odpowiedź na pytanie, czym jest prąd elektryczny? jest także rozwiązaniem problemu nośnika ładunku elektrycznego. W oparciu o istniejące koncepcje tego problemu można sformułować szereg wymagań, jakie musi spełniać nośnik ładunku elektrycznego. Mianowicie: nośnikiem ładunku elektrycznego musi być cząstka elementarna; nośnik ładunku elektrycznego musi być elementem swobodnym i trwałym; Nośnik ładunku elektrycznego nie powinien niszczyć struktury atomu substancji.

Prosta analiza istniejących faktów pozwala stwierdzić, że powyższe wymagania spełnia tylko jeden element poziomu „cząstek elementarnych” materii fizycznej: cząstka elementarna – foton.

Połączenie fotonów wraz z ośrodkiem (eterem), w którym występują, tworzy gaz fotonowy.

Biorąc pod uwagę istotę fizyczną fotonu i powyższe informacje, możemy podać następującą definicję:

Prąd elektryczny to przepływ gazu fotonowego przeznaczony do przenoszenia energii.

Aby zrozumieć mechanizm przepływu prądu elektrycznego, rozważ dobrze znany model transportu metanu. Mówiąc najprościej, obejmuje główny rurociąg dostarczający metan ze złoża gazowego do miejsca konsumpcji. Aby przepuścić metan główny rurociąg musi być spełniony warunek: ciśnienie metanu na początku rurociągu musi być większe niż ciśnienie metanu na jego końcu.

Przez analogię do transportu metanu rozważmy schemat przepływu prądu elektrycznego, składający się z baterii (źródła prądu elektrycznego) posiadającej dwa styki „+” i „-” oraz przewodnika. Jeśli podłączymy metalowy przewodnik do styków akumulatora, otrzymamy model ruchu prądu elektrycznego, podobny do transportu metanu.

Warunkiem istnienia prądu elektrycznego w przewodniku, analogicznie do modelu transportu metanu, jest obecność: źródła (gazu) podwyższonego ciśnienia, czyli źródła dużej koncentracji nośników ładunku elektrycznego; rurociąg - przewodnik; odbiornik gazu, tj. element zapewniający spadek ciśnienia gazu, tj. element (dren), który zapewnia zmniejszenie stężenia nośników ładunku elektrycznego.

Różnica między obwodami elektrycznymi a obwodami gazowymi, wodnymi itp. polega na tym, że źródło i odpływ są strukturalnie zrealizowane w jednym urządzeniu (źródło prądu chemicznego - akumulator, generator elektryczny itp.). Mechanizm przepływu prądu elektrycznego jest następujący: po podłączeniu przewodu do akumulatora, na przykład chemicznego źródła prądu, w obszarze styku „+” (anoda) następuje reakcja chemiczna redukcji, w wyniku której powstają fotony, czyli powstaje strefa zwiększonego stężenia nośników ładunku elektrycznego. Jednocześnie w strefie kontaktu „-” (katoda) pod wpływem fotonów, które w wyniku przepływu przez przewodnik znajdą się w tej strefie, zachodzi reakcja utleniania (zużycia fotonów), czyli strefa powstaje zmniejszone stężenie nośników ładunku elektrycznego. Nośniki ładunku elektrycznego (fotony) przemieszczają się wzdłuż przewodnika ze strefy o większym stężeniu (źródło) do strefy o niskim stężeniu (ujście). Zatem siłą zewnętrzną, czyli siłą elektromotoryczną (EMF), która dostarcza prąd elektryczny w obwodzie, jest różnica w stężeniu (ciśnieniu) nośników ładunku elektrycznego (fotonów), wynikająca z działania chemicznych źródeł prądu.

Okoliczność ta po raz kolejny podkreśla słuszność głównego wniosku dynamiki energii, zgodnie z którym pola siłowe (w tym pole elektryczne) są tworzone nie przez same masy, ładunki i prądy, ale przez ich nierównomierny rozkład w przestrzeni.

Na podstawie rozważanej istoty prądu elektrycznego absurdalność eksperymentu R. C. Tolmana i T. D. Stewarta dotyczącego obserwacji prądu inercyjnego w metalach jest oczywista. Obecnie nie ma metody generowania fotonów poprzez zmianę prędkości ruchu mechanicznego dowolnego makroskopowego ciała w przyrodzie.

Ciekawym aspektem powyższego przedstawienia prądu elektrycznego jest jego porównanie z omawianym w pracy przedstawieniem pojęcia „światła”: światło jest strumieniem gazu fotonowego... . Porównanie to pozwala nam stwierdzić: światło jest prądem elektrycznym. Różnica w tych koncepcjach polega jedynie na składzie widmowym fotonów tworzących światło lub prąd elektryczny, na przykład w metalowych przewodnikach. Aby lepiej zrozumieć tę okoliczność, rozważmy obwód generujący prąd elektryczny za pomocą baterii słonecznej. Strumień światła słonecznego (fotony w zakresie widzialnym) ze źródła (słońca) dociera do baterii słonecznej, która przekształca padający strumień światła na prąd elektryczny (przepływ fotonów), który przepływa przez metalowy przewodnik do odbiornika (dren). . W w tym przypadku bateria słoneczna pełni funkcję konwertera widma strumienia fotonów emitowanego przez słońce na widmo fotonów prądu elektrycznego w metalowym przewodniku.

Wnioski. We współczesnej fizyce nie ma dowodów na to, że prąd elektryczny jest ukierunkowanym ruchem elektronów lub innych cząstek. Wręcz przeciwnie, współczesne koncepcje dotyczące elektronu, ładunku elektrycznego i eksperymenty Riecke'a pokazują błąd tę koncepcję prąd elektryczny.

Uzasadnienie zestawu wymagań dla nośnika ładunku elektrycznego, biorąc pod uwagę jego istotę eterowo-dynamiczną, pozwoliło ustalić, że prąd elektryczny jest to strumień gazu fotonowego przeznaczony do przenoszenia energii.

Ruch prądu elektrycznego odbywa się z obszaru o wysokim stężeniu fotonów (źródło) do obszaru o niskim stężeniu (dren).

Do wytworzenia i utrzymania prądu w dowolnym ośrodku muszą zostać spełnione trzy warunki: utrzymanie (wytworzenie) dużej koncentracji fotonów w obszarze źródłowym, obecność przewodnika zapewniającego przepływ fotonów oraz utworzenie fotonu strefa zużycia w obszarze odpływu.

Elektryczność Elektron.

Lyamin V.S. , Lyamin D. V. Lwów

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek. W ciałach stałych jest to ruch elektronów (cząstek naładowanych ujemnie), w ciałach ciekłych i gazowych jest to ruch jonów (cząstek naładowanych dodatnio). Co więcej, prąd może być stały lub przemienny i mają zupełnie inne ruchy ładunków elektrycznych. Aby dobrze zrozumieć i opanować temat ruchu prądu w przewodnikach, być może najpierw trzeba bardziej szczegółowo zrozumieć podstawy elektrofizyki. Od tego zacznę.

Jak więc w ogóle przepływa prąd elektryczny? Wiadomo, że substancje składają się z atomów. Są to elementarne cząstki materii. Budowa atomu przypomina naszą układ słoneczny, gdzie jądro atomu znajduje się w środku. Składa się z protonów (cząstek elektrycznych dodatnich) i neutronów (cząstek elektrycznie obojętnych) ściśle ze sobą sprasowanych. Wokół tego jądra elektrony (mniejsze cząstki o ładunku ujemnym) wirują po swoich orbitach z ogromną prędkością. Różne substancje mają różną liczbę elektronów i orbity, po których się obracają. Atomy ciał stałych mają tak zwaną sieć krystaliczną. Jest to struktura substancji, w której atomy są ułożone względem siebie w określonej kolejności.

Gdzie może tu powstać prąd elektryczny? Okazuje się, że w niektórych substancjach (przewodnikach prądu) elektrony znajdujące się najdalej od jądra mogą oderwać się od atomu i przejść do sąsiedniego atomu. Ten ruch elektronów nazywa się swobodnym. Elektrony po prostu przemieszczają się w substancji z jednego atomu do drugiego. Ale jeśli do tej substancji (przewodnika elektrycznego) zostanie podłączone zewnętrzne pole elektromagnetyczne, tworząc w ten sposób obwód elektryczny, wówczas wszystkie wolne elektrony zaczną poruszać się w jednym kierunku. Jest to dokładnie ruch prądu elektrycznego w przewodniku.

Teraz zastanówmy się, czym jest prąd stały i przemienny. Zatem prąd stały zawsze płynie tylko w jednym kierunku. Jak wspomniano na samym początku, elektrony poruszają się w ciałach stałych, a jony w ciałach ciekłych i gazowych. Elektrony to cząstki naładowane ujemnie. W konsekwencji w ciałach stałych prąd elektryczny przepływa od minus do plus źródła zasilania (elektrony poruszają się wzdłuż obwód elektryczny). W cieczach i gazach prąd płynie w dwóch kierunkach jednocześnie, a raczej jednocześnie elektrony płyną do plusa, a jony (poszczególne atomy, które nie są połączone siecią krystaliczną, każdy z nich jest osobno) płyną do minusa źródło zasilania.

Naukowcy oficjalnie przyjęli, że ruch następuje od plusa do minusa (przeciwieństwo tego, co dzieje się w rzeczywistości). Zatem z naukowego punktu widzenia słuszne jest stwierdzenie, że prąd elektryczny przepływa od plusa do minusa, ale z prawdziwego punktu widzenia (natury elektrofizycznej) bardziej słuszne jest przekonanie, że prąd przepływa od minusa do plusa (w ciała stałe). Prawdopodobnie zrobiono to dla wygody.

A teraz, co do prądu przemiennego. Tutaj wszystko jest trochę bardziej skomplikowane. Jeśli na wszelki wypadek DC ruch naładowanych cząstek ma tylko jeden kierunek (fizycznie elektrony ze znakiem minus płyną w kierunku plusa), a następnie kiedy prąd przemienny kierunek ruchu okresowo zmienia się na przeciwny. Prawdopodobnie słyszałeś to w zwykłej miejskiej sieci energetycznej napięcie przemienne 220 woltów i standardowa częstotliwość 50 herców. Zatem te 50 herców wskazuje, że w ciągu jednej sekundy prąd elektryczny może przejść przez pełny cykl o kształcie sinusoidalnym 50 razy. W rzeczywistości w ciągu jednej sekundy kierunek prądu zmienia się aż 100 razy (w jednym cyklu zmienia się dwukrotnie).

P.S. Kierunek prądu w schematy elektryczne jest ważne. W wielu przypadkach, jeśli obwód jest zaprojektowany dla jednego kierunku prądu i przypadkowo zmienisz go na przeciwny kierunek lub podłączysz prąd przemienny zamiast prądu stałego, najprawdopodobniej urządzenie po prostu ulegnie awarii. Wiele półprzewodników działających w obwodach odwrotny kierunek prąd może się przebić i wypalić. Więc po podłączeniu zasilanie elektryczne Kierunek prądu musi być ściśle przestrzegany.

Kiedy człowiek nauczył się wytwarzać i wykorzystywać prąd elektryczny, jakość jego życia dramatycznie wzrosła. Obecnie znaczenie energii elektrycznej rośnie z roku na rok. Aby nauczyć się rozumieć bardziej złożone zagadnienia związane z elektrycznością, trzeba najpierw zrozumieć, czym jest prąd elektryczny.

Co jest aktualne

Definicja prądu elektrycznego to jego przedstawienie w postaci ukierunkowanego przepływu poruszających się cząstek nośnika, naładowanych dodatnio lub ujemnie. Nośnikami ładunku mogą być:

• elektrony naładowane znakiem minus poruszające się w metalach;
• jony w cieczach lub gazach;
• dodatnio naładowane dziury pochodzące od poruszających się elektronów w półprzewodnikach.

To, jaki jest prąd, zależy również od obecności pola elektrycznego. Bez tego nie powstanie ukierunkowany przepływ naładowanych cząstek.

Pojęcie prądu elektrycznegoByłoby to niepełne bez wyszczególnienia jego przejawów:

1. Każdemu prądowi elektrycznemu towarzyszy pole magnetyczne;
2. Przewodniki nagrzewają się podczas przepływu;
3. Elektrolity zmieniają skład chemiczny.

Przewodniki i półprzewodniki

Prąd elektryczny może istnieć tylko w ośrodku przewodzącym, ale charakter jego przepływu jest inny:

1. Przewodniki metalowe zawierają wolne elektrony, które zaczynają się poruszać pod wpływem pola elektrycznego. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również rezystancja przewodników, ponieważ ciepło zwiększa ruch atomów w sposób chaotyczny, co zakłóca wolne elektrony;
2. W ciekłym ośrodku utworzonym przez elektrolity powstałe pole elektryczne powoduje proces dysocjacji - powstawanie kationów i anionów, które przemieszczają się w kierunku bieguna dodatniego i ujemnego (elektrod) w zależności od znaku ładunku. Ogrzewanie elektrolitu prowadzi do zmniejszenia oporu w wyniku bardziej aktywnego rozkładu cząsteczek;

Ważny! Elektrolit może być stały, ale charakter przepływu prądu w nim jest identyczny jak w cieczy.

1. Ośrodek gazowy charakteryzuje się także obecnością wprawiających w ruch jonów. Tworzy się plazma. Promieniowanie wytwarza również wolne elektrony, które uczestniczą w ruchu ukierunkowanym;
2. Kiedy w próżni wytwarza się prąd elektryczny, elektrony uwolnione na elektrodzie ujemnej przemieszczają się w kierunku elektrody dodatniej;
3. W półprzewodnikach znajdują się wolne elektrony, które pod wpływem ogrzewania rozrywają wiązania. Na ich miejscach pozostają dziury z ładunkiem ze znakiem „plus”. Dziury i elektrony są w stanie wywołać ruch ukierunkowany.

Media nieprzewodzące nazywane są dielektrykami.

Ważny! Kierunek prądu odpowiada kierunkowi ruchu cząstek nośnika ładunku ze znakiem plus.

Rodzaj prądu

1. Stały. Charakteryzuje się stałą wartością ilościową prądu i kierunku;
2. Zmienny. Z biegiem czasu okresowo zmienia swoje właściwości. Dzieli się go na kilka odmian, w zależności od zmienianego parametru. Głównie wartość ilościowa prądu i jego kierunek zmieniają się wzdłuż sinusoidy;
3. Prądy wirowe. Występują, gdy strumień magnetyczny ulega zmianom. Tworzą zamknięte obwody bez przemieszczania się między biegunami. Prądy wirowe powodują intensywne wytwarzanie ciepła, a w efekcie zwiększają się straty. W rdzeniach cewek elektromagnetycznych są one ograniczone poprzez zastosowanie konstrukcji z pojedynczych izolowanych płytek zamiast litej.

Charakterystyka elektryczna

1. Aktualna siła. Jest to ilościowy pomiar ładunku przepływającego w jednostce czasu wzdłuż przekroju przewodnika. Ładunki mierzone są w kulombach (C), jednostką czasu jest sekunda. Obecna siła to C/s. Powstały stosunek nazwano amperem (A), który mierzy wartość ilościową prądu. Urządzeniem pomiarowym jest amperomierz podłączony szeregowo do obwodu elektrycznego;
2. Moc. Prąd elektryczny w przewodniku musi pokonać opór ośrodka. Praca włożona w pokonanie go w określonym czasie będzie mocą. W tym przypadku energia elektryczna jest zamieniana na inny rodzaj energii - praca jest wykonywana. Moc zależy od prądu i napięcia. Ich produkt określi moc czynną. Po pomnożeniu przez czas otrzymujemy zużycie energii - to co pokazuje licznik. Moc można mierzyć w woltoamperach (VA, kVA, mVA) lub w watach (W, kW, mW);
3. Woltaż. Jeden z trzech najważniejsze cechy. Aby prąd płynął, konieczne jest wytworzenie różnicy potencjałów między dwoma punktami w zamkniętym obwodzie połączeń elektrycznych. Napięcie charakteryzuje się pracą wykonaną przez pole elektryczne podczas ruchu pojedynczego nośnika ładunku. Zgodnie ze wzorem jednostką napięcia jest J/C, co odpowiada woltowi (V). Urządzeniem pomiarowym jest woltomierz połączony równolegle;
4. Opór. Charakteryzuje zdolność przewodników do przepuszczania prądu elektrycznego. Określone na podstawie materiału przewodnika, długości i pola przekroju poprzecznego. Pomiar odbywa się w omach (Ohm).

Prawa dotyczące prądu elektrycznego

Obwody elektryczne są obliczane przy użyciu trzech głównych praw:

1. Prawo Ohma. Zostało ono zbadane i sformułowane przez fizyka z Niemiec na początku XIX wieku dla prądu stałego, potem zastosowano je także do prądu przemiennego. Ustala związek pomiędzy prądem, napięciem i rezystancją. Prawie każdy obwód elektryczny jest obliczany w oparciu o prawo Ohma. Podstawowy wzór: I = U/R, czyli prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji;

1. Prawo Faradaya. Odnosi się do indukcji elektromagnetycznej. Pojawienie się prądów indukcyjnych w przewodnikach jest spowodowane wpływem strumienia magnetycznego, który zmienia się w czasie w wyniku indukcji pola elektromagnetycznego (siły elektromotorycznej) w zamkniętej pętli. Wielkość indukowanego emf, mierzona w woltach, jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia magnetycznego. Dzięki prawu indukcji generatory wytwarzają prąd;
2. Prawo Joule’a-Lenza. Jest to ważne przy obliczaniu ogrzewania przewodów, które jest wykorzystywane do projektowania i produkcji ogrzewania, oprawy oświetleniowe, inny sprzęt elektryczny. Prawo pozwala nam określić ilość ciepła wydzielanego podczas przepływu prądu elektrycznego:

gdzie I to siła płynącego prądu, R to opór, t to czas.

Energia elektryczna w atmosferze

W atmosferze może istnieć pole elektryczne i zachodzą procesy jonizacji. Choć charakter ich występowania nie jest do końca jasny, istnieją różne hipotezy wyjaśniające. Najpopularniejszym jest kondensator, będący analogiem reprezentującym energię elektryczną w atmosferze. Jego płyty mogą służyć do przedstawiania powierzchni Ziemi i jonosfery, pomiędzy którymi krąży dielektryk – powietrze.

Rodzaje energii elektrycznej atmosferycznej:

1. Wyładowania atmosferyczne. Błyskawica z widoczną poświatą i grzmotami. Napięcie pioruna osiąga setki milionów woltów przy prądzie 500 000 A;

1. Ogień Świętego Elma. Wyładowania koronowe prądu elektrycznego powstające wokół przewodów, masztów;
2. Piorun kulisty. Wyładowanie w kształcie kuli poruszające się w powietrzu;
3. Światła polarne. Wielobarwna poświata jonosfery Ziemi pod wpływem naładowanych cząstek przedostających się z kosmosu.

Używany przez mężczyznę korzystne właściwości prąd elektryczny we wszystkich obszarach życia:

• oświetlenie;
• transmisja sygnału: telefon, radio, telewizja, telegraf;
• transport elektryczny: pociągi, samochody elektryczne, tramwaje, trolejbusy;
• tworzenie komfortowego mikroklimatu: ogrzewanie i klimatyzacja;
• sprzęt medyczny;
• do użytku domowego: urządzenia elektryczne;
• komputery i urządzenia mobilne;
• branża: maszyny i urządzenia;
• elektroliza: produkcja aluminium, cynku, magnezu i innych substancji.

Zagrożenie elektryczne

Bezpośredni kontakt z prądem elektrycznym bez wyposażenia ochronnego jest śmiertelny dla człowieka. Możliwych jest kilka rodzajów wpływów:

• oparzenie termiczne;
• rozkład elektrolityczny krwi i limfy ze zmianą jej składu;
• konwulsyjne skurcze mięśni mogą wywołać migotanie serca aż do jego całkowitego zatrzymania i zakłócić funkcjonowanie układu oddechowego.

Ważny! Prąd odczuwany przez osobę zaczyna się od wartości 1 mA; jeśli wartość prądu wynosi 25 mA, możliwe są poważne negatywne zmiany w organizmie.

Najbardziej główna cecha prąd elektryczny - może wykonać dla człowieka pożyteczną pracę: oświetlić dom, wyprać i wysuszyć ubrania, ugotować obiad, ogrzać dom. Obecnie jego wykorzystanie w przekazie informacji zajmuje znaczące miejsce, choć nie wymaga to dużego zużycia energii.

Wideo

Wolne elektrony.. Prąd elektryczny.. Pomiar prądu.. Amperomierz.. Jednostka prądu - amper.. Kierunek prądu elektrycznego.. Kierunek ruchu elektronów..

Kiedy do przewodnika przyłożone zostanie pole elektryczne, swobodne elektrony (nośniki ładunku ujemnego) zaczynają dryfować zgodnie z kierunkiem pola elektrycznego - a

Ruch elektronów oznacza ruch ładunków ujemnych, dlatego - prąd elektryczny jest miara ilości ładunku elektrycznego przenoszonego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu.

W międzynarodowym układzie SI jednostką ładunku jest kulomb, a jednostką czasu jest druga. Dlatego jednostką prądu jest kulomb na sekundę (C/s).

Pomiar prądu

Jednostka prądu Kulomby na sekundę mają specyficzną nazwę w układzie SI Amper (A)- na cześć słynnego francuskiego naukowca Andre-Marie Ampera(na zdjęciu w tytule artykułu).
Jak wiemy, wartość ujemnego ładunku elektrycznego elektronu wynosi -1,602 10 -19 Wisiorek. Dlatego jeden kulomb ładunku elektrycznego składa się z 1/1,602 10 -19 = 6,24 10 18 elektrony.
Dlatego jeśli 6,24 10 18 elektrony przecinają przekrój przewodnika w ciągu jednej sekundy, wówczas wielkość takiego prądu jest równa jednemu amperowi.

Do pomiaru prądu Jest urządzenie pomiarowe - amperomierz.

Ryż. 1

Amperomierz jest zawarty w obwodzie elektrycznym ( ryż. 1) szeregowo z elementem obwodu, w którym ma być mierzony prąd. Podłączając amperomierz, należy zwrócić uwagę na polaryzację: „plus” amperomierza jest podłączony do „plus” źródła prądu, a „minus” amperomierza jest podłączony do „minus” źródła prądu.

Kierunek prądu elektrycznego

Jeżeli w obwodzie elektrycznym pokazanym na ryż. 1 zamknij styki przełącznika, wówczas prąd elektryczny przepłynie przez ten obwód. Powstaje pytanie: „W jakim kierunku?”

Wiemy, że prąd elektryczny w przewodnikach metalowych to uporządkowany ruch cząstek naładowanych ujemnie – elektronów (w innych ośrodkach mogą to być jony lub jony i elektrony). Ujemnie naładowane elektrony w obwodzie zewnętrznym poruszają się od źródła minus do plusa (podobnie jak ładunki odpychają się, ładunki przeciwne przyciągają), co dobrze ilustruje ryż. 2 .

Podręcznik fizyki dla klasy 8 daje nam inną odpowiedź: „Kierunek ruchu ładunków dodatnich przyjmuje się za kierunek prądu elektrycznego w obwodzie”- to jest od plusa źródła energii do minusa źródła.

Wybór kierunku prądu, przeciwieństwo prawdy , nie można nazwać inaczej niż paradoksalnym, ale przyczyny takiej rozbieżności można wyjaśnić, jeśli prześledzimy historię rozwoju elektrotechniki.

Rzecz w tym, żeże ładunki elektryczne zaczęto badać na długo przed odkryciem elektronów, więc natura nośników ładunku w metalach była nadal nieznana.
Pojęcie ładunku dodatniego i ujemnego zostało wprowadzone przez amerykańskiego naukowca i polityk Benjamina Franklina.

W mojej pracy„Eksperymenty i obserwacje z elektrycznością” (1747) Franklin podjął próbę teoretycznego wyjaśnienia zjawisk elektrycznych. To on jako pierwszy poczynił najważniejsze założenie dotyczące atomowej, „ziarnistej” natury elektryczności: „ Materia elektryczna składa się z cząstek, które muszą być niezwykle małe».

Franklin wierzył, że ciało gromadzące energię elektryczną jest naładowane dodatnio, a ciało, które ją traci, jest naładowane ujemnie. Kiedy się połączą, nadmiar ładunku dodatniego przepływa tam, gdzie go brakuje, czyli do ciała naładowanego ujemnie (analogicznie do naczyń połączonych).

Te idee dotyczące ruchu ładunków dodatnich szeroko rozpowszechnione w kręgach naukowych i zawarte w podręcznikach fizyki. I tak okazało się, że rzeczywisty kierunek ruchu elektronów w przewodniku jest przeciwny do przyjętego kierunku prądu elektrycznego.

Po odkryciu elektronu naukowcy postanowili zostawić wszystko tak, jak jest, ponieważ wiele trzeba by zmienić (i nie tylko w podręcznikach), gdyby wskazano prawdziwy kierunek prądu. Wynika to również z faktu, że znak ładunku praktycznie nie ma na nic wpływu, pod warunkiem, że wszyscy stosują tę samą konwencję.
Prawdziwy kierunek ruchu elektronów jest używany tylko wtedy, gdy jest to konieczne do wyjaśnienia pewnych efektów fizycznych w urządzeniach półprzewodnikowych (diody, tranzystory, tyrystory itp.).