Směrový pohyb nabitých částic: definice, charakterizace, fyzikální vlastnosti a aplikace

Jaký je směrový pohyb nabitých částic? Pro mnohé je to nepochopitelná sféra, ale ve skutečnosti je vše velmi jednoduché. Když tedy mluvíme o směrovém pohybu nabitých částic, znamená to proud. Podívejme se na jeho základní vlastnosti a formulace a podívejme se také na bezpečnostní otázky při práci s ním.

Obecné informace

Měli byste začít definicí. Elektrickým proudem se vždy rozumí uspořádaný (směrový) pohyb nabitých částic, který se provádí působením elektrického pole. Jaké objekty lze v tomto případě přesně považovat? Částice znamenají elektrony, ionty, protony, díry. Je také důležité vědět, co je aktuální síla. Takto se označuje počet nabitých částic, které protékají příčným průřez vodiče pro jednotka času.

Povaha jevu

Všechny fyzikální látky jsou tvořeny molekulami, které jsou tvořeny atomy. Nejsou také konečným materiálem, protože mají prvky (jádro a elektrony obíhající kolem něj). Všechny chemické reakce jsou doprovázeny pohybem částic. Například za účasti elektronů by jim některé atomy chyběly, zatímco jiné by měly přebytek. V tomto případě mají látky různé náboje. Pokud dojde k jejich kontaktu, elektrony z jednoho budou mít tendenci jít do druhého.

Taková fyzikální povaha elementárních částic vysvětluje podstatu elektrického proudu. Je to směrový pohyb nabitá částice dojde, dokud nedojde k vyrovnání hodnot. V tomto případě je reakce změn řetězová. Jinými slovy, místo odešlého elektronu přichází na jeho místo další. K nahrazení se používají částice sousedního atomu. Ale řetěz nekončí. K extrémnímu atomu může také přijít elektron, například ze záporného pólu zdroje proudícího proudu.

Jako příklad této situace můžete uvést baterii. Ze záporné části vodiče se elektrony pohybují na kladný pól zdroje. Když jsou všechny částice v negativně infikované komponenty končí, proud se zastaví. V tomto případě se říká baterie "vesnice". Jaká je rychlost směrového pohybu nabitých částic pohybujících se tímto způsobem? Odpověď na tuto otázku není tak snadná, jak se na první pohled může zdát.

Role napětí

K čemu se tento koncept používá? Napětí se nazývá charakteristika elektrického pole, což je potenciální rozdíl dvou bodů, které jsou v něm uvnitř. Pro mnohé se to nemusí zdát příliš jasné. Pokud jde o směrový (uspořádaný) pohyb nabitých částic, musíte pochopit napětí.

Představme si, že máme nejjednodušší průvodce. Takový může být drát vyrobený z kovu, například mědi nebo hliníku. V našem případě to není tak důležité. Hmotnost elektronu je 9,10938215 (45)×10^-31kg. To znamená zcela materiální. Ale kov vodiče je pevný. Jak v tomto případě mohou elektrony protékat?

Proč může být v kovových výrobcích proud

Podívejme se na základy chemie, které každý z nás měl možnost studovat ve škole. Pokud se počet elektronů rovná počtu protonů v hmotě, je zajištěna neutralita prvku. Na základě periodického Mendeleevova zákona je určeno, s jakou látkou se musí vypořádat. Závisí to na počtu protonů a neutronů. Velký rozdíl mezi hmotami jádra a elektronů nelze přehlédnout. Pokud je odstraníte, hmotnost atomu se prakticky nezmění.

Například hmotnost protonu je asi o 1836 větší než hodnota elektronu. Ale tyto mikroskopické částice jsou velmi důležité, protože mohou snadno opustit některé atomy a připojit se k ostatním. Současně snížení nebo zvýšení jejich počtu vede ke změně náboje atomu. Pokud vezmeme v úvahu jeden atom, pak bude mít počet elektronů vždy proměnnou. Neustále ho opouštějí a vracejí se zpět. K tomu dochází v důsledku tepelného pohybu a ztráty energie.

Chemická specifičnost fyzikálního jevu

Když dojde ke směrovému pohybu elektricky nabitých částic, neztratí se atomová hmotnost? Nemění se složení vodiče? To je velmi důležitá mylná představa, která mnoho Mate. Odpověď v tomto případě je pouze negativní. Důvodem je skutečnost, že chemické prvky nejsou určeny svou atomovou hmotností, ale počtem protonů, které jádro obsahuje. Přítomnost nebo nepřítomnost elektronů / neutronů v tomto případě nehraje roli. V praxi to vypadá takto:

• Přidejte nebo snižte elektrony. Získá se ion.
• Přidejte nebo snižte neutrony. Získá se izotop.

Chemický prvek se nemění. Ale u protonů je situace jiná. Pokud je to jen jeden, pak je před námi vodík. Dva protony-a už mluvíme o heliu. Tři částice jsou lithium. A tak dále. Kdo má zájem o pokračování, může se podívat na periodickou tabulku. Pamatujte: alespoň tisíckrát proud projde vodičem, jeho chemické složení se nezmění. Ale možná jinak.

Elektrolyty a další zajímavé body

Zvláštností elektrolytů je změna jejich chemického složení. Poté se pod vlivem proudu z roztoku uvolní elektrolytové prvky. Když je jejich potenciál vyčerpán, směrový pohyb nabitých částic se zastaví. Tato situace je způsobena nosiči nábojů v elektrolytech jsou ionty.

Kromě toho existují chemické prvky vůbec bez elektronů. Jako příklad lze uvést následující:

• Atomový kosmický vodík.
• Všechny látky ve stavu plazmy.
• Plyny v horní atmosféře (nejen země, ale i jiné planety, kde jsou vzduchové hmoty).
• Obsah urychlovačů a urychlovačů.

Je také třeba poznamenat, že pod vlivem elektrického proudu se některé chemikálie mohou doslova rozpadat. Jako známý příklad lze uvést pojistku. Jak to vypadá na mikroúrovni? Pohybující se elektrony tlačí atomy na jejich cestu. Pokud je proud velmi silný, pak krystalová mřížka vodiče nevydrží a zhroutí se a látka se roztaví.

Vracíme se k rychlosti

Dříve byl tento okamžik povrchně ovlivněn. Nyní mu věnujme větší pozornost. Je třeba poznamenat, že pojem rychlosti směrového pohybu nabitých částic ve formě elektrického proudu neexistuje. To je způsobeno propletením různých veličin. Kolem vodiče se tedy šíří elektrické pole rychlostí, která se blíží pohybu světla, to znamená asi 300 000 kilometrů za sekundu.

Pod jeho vlivem se všechny elektrony začnou pohybovat. Jejich rychlost je však velmi nízká. Je přibližně 0,007 milimetrů za sekundu. Zároveň se také chaoticky pohybují v tepelném pohybu. V případě protonů a neutronů je situace jiná. Jsou příliš velké na to, aby se s nimi odehrály stejné události. Zpravidla není nutné hovořit o jejich rychlosti, která je blízká hodnotě světla.

Fyzické parametry

Nyní se podívejme, jaký je pohyb nabitých částic v elektrickém poli z fyzického hlediska. Za tímto účelem si představme, že máme lepenkovou krabici, která pojme 12 lahví syceného nápoje. Zároveň se tam pokouší umístit další kapacitu. Předpokládejme, že se to podařilo. Ale krabice sotva vydržela. Když se pokusíte vložit další láhev, praskne a všechny nádoby vypadnou.

Dotyčnou krabici lze porovnat s průřezem vodiče. Čím vyšší je tento parametr (silnější vodič), tím větší proud může poskytnout. To definuje to, jaký objem může mít směrový pohyb nabitých částic. V našem případě může krabička, která obsahuje jednu až dvanáct lahví, klidně plnit svůj přímý účel (neroztrhne se). Analogicky můžeme říci, že vodič nebude hořet.

Pokud překročíte určenou hodnotu, objekt selže. V případě vodiče bude odpor fungovat. Velmi dobře popisuje směrový pohyb elektricky nabitých částic Ohmův zákon.

Vztah různých fyzikálních parametrů

Na krabici z našeho příkladu můžete dát další. V tomto případě již nebude možné na jednotku plochy umístit 12, ale až 24 lahví. Přidáme další – a je jich už třicet šest. Jeden z boxů lze považovat za fyzickou jednotku podobnou proudovému napětí.

Čím širší je (snižuje se odpor), tím větší počet lahví (které v našem příkladu nahrazují proudovou sílu) lze umístit. Zvýšením stohu krabic můžete na jednotku plochy umístit další kapacity. V tomto případě roste kapacita. V tomto případě není krabice zničena (vodič). Zde je to, co stručně vychází z této analogie:

• Celkový počet lahví zvyšuje výkon.
• Počet kapacit v krabici zobrazuje proud.
• Počet krabic na výšku umožňuje posoudit napětí.
• Šířka krabice dává představu o odporu.

Možná nebezpečí

Již jsme rozebrali, že směrový pohyb nabitých částic se nazývá proud. Tento jev může být nebezpečný pro zdraví a dokonce i život člověka. Zde je krátký seznam vlastností elektrického proudu:

• Zajišťuje ohřev vodiče, kterým protéká. Pokud je elektrická síť pro domácnost přetížena, izolace se postupně zuhelnatí a rozpadne. V důsledku toho existuje pravděpodobnost zkratu, který je velmi nebezpečný.
• Elektrický proud, když protéká domácími spotřebiči a dráty, splňuje odpor prvků tvořících materiály. Vybere tedy cestu, jejíž hodnota tohoto parametru je minimální.
• Pokud dojde ke zkratu, pak proud prudce stoupá. Tím se uvolní značné množství tepla. Může roztavit kov.
• Zkrat může nastat v důsledku vlhkosti. V dříve zvažovaných případech se objekty umístěné vedle sebe rozsvítí, ale v této verzi lidé vždy trpí.
• Elektrický šok s sebou nese značné nebezpečí. Dokonce i smrtelný výsledek je docela pravděpodobný. Když elektrický proud protéká lidským tělem, odpor tkání se výrazně snižuje. Začnou se zahřívat. V tomto případě jsou buňky zničeny a nervové zakončení umírá.

Bezpečnostní otázky

Aby se zabránilo vystavení elektrickému proudu, musí být použity speciální ochranné prostředky. Práce by měla být prováděna v gumových rukavicích pomocí rohože ze stejného materiálu, výbojových tyčí, jakož i uzemňovacích zařízení a zařízení.

Jističe s různou ochranou se osvědčily jako zařízení, které dokáže zachránit lidský život.

Nezapomeňte také na elementární bezpečnostní technika při práci. Pokud došlo k požáru zahrnujícímu elektrická zařízení, lze použít pouze oxid uhličitý a práškový hasicí přístroj. Druhý ukazuje nejlepší výsledek v boji proti ohni, ale zařízení pokryté prachem nelze vždy obnovit.

Závěr

Na příkladech, kterým každý čtenář rozumí, jsme zjistili, že uspořádaný směrový pohyb nabitých částic se nazývá elektrický proud. Je to velmi zajímavý jev, důležitý z hlediska fyziky i chemie. Elektrický proud je neúnavným pomocníkem člověka. Musíte s ním však zacházet opatrně. Článek se zabývá bezpečnostními otázkami, kterým je třeba věnovat pozornost, pokud ne touhy zahynout.