Насочено движение на заредени частици: определение, характеристики, физични свойства и приложения

Какво представлява насоченото движение на заредените частици? За много хора тази област е объркваща, но всъщност е много проста. Например, когато се говори за посоката на движение на заредените частици, се има предвид течението. Нека разберем какви са характеристиките и определенията за него, както и да разгледаме въпросите, свързани с безопасността на работа с него.

Обща информация

Започваме с определение. Електрическият ток винаги се разбира като организирано (насочено) движение на заредени частици, което се извършва под действието на електрическо поле. Какви обекти могат да се разглеждат в този случай? Под частици се разбират електрони, йони, протони, дупки. Също така е важно да знаете какъв е токът. Това се отнася до броя на заредените частици, които преминават през напречно сечение на напречно сечение на проводник в единица време.

Същност на явлението

Всички физически вещества се състоят от молекули, които се образуват от атоми. Те също не са крайна материя, защото имат елементи (ядро и въртящи се около него електрони). Всички химични реакции са съпроводени с движение на частици. Например, ако става дума за електрони, някои атоми ще имат недостиг на електрони, а други - излишък от тях. В този случай веществата имат противоположни заряди. Ако се получи контакт, електроните от единия ще се стремят да преминат към другия.

Тази физическа същност на елементарните частици обяснява естеството на електрическия ток. Това насочено движение заредени частици ще продължат да се случват, докато не се постигне изравняване на ценностите. Реакцията на промяна е верижна реакция. С други думи, вместо един електрон да напусне, друг електрон заема неговото място. За заместването се използват частици от съседния атом. Но и това не е краят на веригата. Електронът може да попадне и в най-външния атом, например от отрицателния полюс на източника на ток.

Пример за това е батерия. От отрицателната част на проводника електроните се придвижват към положителния полюс на източника. Когато всички частици в отрицателно замърсения компонент свършва, тогава токът спира. В такъв случай се счита, че батерията е "sat". Каква е скоростта на насоченото движение на заредените частици, които се движат по този начин? Отговорът на този въпрос не е толкова лесен, колкото изглежда на пръв поглед.

Ролята на напрежението

Какво е значението на термина? Напрежението е характеристика на електрическото поле, което представлява разликата в потенциала между две точки, намиращи се в него. Това може да не изглежда много ясно за много хора. Когато става въпрос за насоченото (подредено) движение на заредените частици, трябва да се разбере напрежението.

Да кажем, че имаме най-простия проводник. Това може да е метална жица, например от мед или алуминий. В нашия случай това не е толкова важно. Масата на електрона е 9,10938215(45)×10^-31kg. Това означава, че е доста осезаем. Но металът на проводника е твърд. Как тогава през него могат да преминават електрони??

Защо в металните изделия може да има ток?

Нека се върнем към основите на химията, които всеки от нас е имал възможност да изучава в училище. Ако броят на електроните е равен на броя на протоните във веществото, тогава неутралността на елемента е гарантирана. Въз основа на периодичния закон на Менделеев можем да определим с какъв вид вещество имаме работа. Зависи от броя на протоните и неутроните. Голямата разлика между масите на ядрото и електроните не може да се пренебрегне. Ако ги премахнете, теглото на атома ще е почти същото.

Например масата на протона е с около 1836 повече от тази на електрона. Но тези микроскопични частици са много важни, защото лесно могат да напуснат един атом и да се присъединят към друг. Намаляването или увеличаването на техния брой води до промяна в заряда на атома. Ако разглеждаме един самостоятелен атом, броят на електроните винаги ще бъде променлив. Те постоянно напускат ядрото и се връщат обратно. Това се дължи на топлинното движение и загубата на енергия.

Химическа специфика на физическо явление

Когато има насочено организирано движение на електрически заредени частици, не се ли губи атомната маса?? Не се ли променя съставът на проводника? Това е много важна заблуда, която обърква много. В този случай отговорът е само отрицателен. Това се дължи на факта, че химичните елементи не се определят от атомната им маса, а от броя на протоните в ядрото. Наличието или отсъствието на електрони/неутрони няма значение в този случай. На практика това изглежда по следния начин:

• Добавяме или изваждаме електрони. Получавате йон.
• Добавяне или премахване на неутрони. Получавате изотоп.

Химичният елемент не се променя. Но при протоните е различно. Ако е само един, ще гледаме водород. Два протона и вече говорим за хелий. Трите частици са литий. И така нататък. Ако искате да продължите, можете да разгледате таблицата на Менделеев. Запомнете: дори ако през един проводник премине хиляда пъти повече ток, химическият му състав няма да се промени. Но може да е нещо друго.

Електролити и други интересни моменти

Химичният състав на електролита се променя. След това под въздействието на тока електролитните елементи се освобождават от разтвора. Когато потенциалът им се изчерпи, насоченото движение на заредените частици спира. Тази ситуация се дължи на факта, че носителите на заряд в електролитите са йони.

Съществуват и химични елементи, които изобщо нямат електрони. Следният пример е следният:

• Атомен космически водород.
• Всички вещества в състояние на плазма.
• Газове в горните слоеве на атмосферата (не само на Земята, но и на други планети, където има въздушни маси).
• Съдържание на ускорители и колайдери.

Трябва също да се отбележи, че под въздействието на електрическия ток някои химически вещества могат буквално да се разпаднат. Добре познат пример е предпазителят. Как изглежда на микроравнище? Движещите се електрони придвижват атомите по пътя им. Ако токът е твърде голям, кристалната решетка на проводника не може да го издържи и веществото се разтопява.

Обратно към скоростта

Този въпрос вече е бил разгледан повърхностно. Сега нека го разгледаме по-отблизо. Трябва да се отбележи, че не съществува понятие за скорост на насочено движение на заредени частици под формата на електрически ток. Това се дължи на факта, че различните величини са взаимосвързани. Например електрическо поле се разпространява през проводник със скорост, близка до тази на светлината, т.е. около 300 000 километра в секунда.

Всички електрони започват да се движат под негово влияние. Но скоростта им е много ниска. Това е около 0,007 милиметра в секунда. Освен това те хаотично се люшкат в термично движение. Ситуацията е различна при протоните и неутроните. Те са твърде големи, за да бъдат подложени на същите събития. По правило не можем да говорим за скорост, близка до тази на светлината.

Физически параметри

Сега нека разгледаме какво представлява движението на заредени частици в електрическо поле от физична гледна точка. За да направим това, да предположим, че имаме картонена кутия, в която има 12 бутилки газирана напитка. Направен е опит за поставяне на друг контейнер в него. Да предположим, че тя е успешна. Но кутията едва се побира. Ако се опитаме да поставим друга бутилка, тя се счупва и всички бутилки изпадат.

Въпросната кутия може да се сравни с напречно сечение на проводник. Колкото по-висок е този параметър (колкото по-дебел е проводникът), толкова по-голям ток може да осигури. Това определя, какъв обем може да има насочено движение на заредени частици. В този случай кутия, съдържаща между една и дванадесет бутилки, би изпълнила предназначението си (не би се счупила). Така че по аналогия може да се каже, че проводникът няма да изгори.

Ако маркираната стойност е надхвърлена, обектът става неизползваем. В случай на проводник съпротивлението ще се прояви. Законът на Ом описва много добре насоченото движение на електрически заредени частици.

Корелация на различните физически параметри

Върху кутията от нашия пример можем да поставим още един. В този случай можем да поставим до 24 бутилки вместо 12 бутилки на единица площ. Добавете още един и ще имате тридесет и шест. Една от кутиите може да се разглежда като физическа единица, аналогична на текущата.

Колкото по-широка е тя (с по-малко съпротивление), толкова повече бутилки (които в нашия пример заместват тока) могат да бъдат поставени. Чрез увеличаване на стека от кутии е възможно да се поставят допълнителни капацитети на единица площ. В този случай капацитетът се увеличава. В този случай кутията (проводникът) не се разрушава. Именно това обобщава тази аналогия:

• Общият брой на бутилките увеличава капацитета.
• Броят на капацитетите в полето представлява силата на тока.
• Броят на чекмеджетата във височина дава представа за напрежението.
• Широчината на кутията дава представа за съпротивлението.

Възможни опасности

Вече разбрахме, че насоченото движение на заредени частици се нарича ток. Трябва да се отбележи, че това явление може да бъде опасно за здраве и дори човешкия живот. Ето кратък списък на свойствата на електрическия ток:

• Осигурява топлина на проводника, през който преминава. Ако електрическата мрежа на домакинството е претоварена, изолацията постепенно се овъглява и разрушава. Това може да доведе до късо съединение, което е много опасно.
• Електрическият ток, който протича през уреди и проводници, се сблъсква със съпротивлението на формиращите го елементи. Затова той избира пътя с най-ниска стойност на този параметър.
• Ако възникне късо съединение, интензитетът на тока нараства бързо. Отделя се значително количество топлина. Може да разтопи метал.
• Късо съединение може да възникне чрез намокряне. В разгледаните по-горе случаи се запалват близки предмети, но хората винаги са засегнати.
• Електрическият удар представлява значителен риск. То може да бъде дори фатално. Когато през човешкото тяло протича електрически ток, съпротивлението на тъканите намалява значително. Те започват да се загряват. Това разрушава клетките и води до загиване на нервните окончания.

Въпроси, свързани с безопасността

За да се избегне излагането на електрически ток, трябва да се носят специални предпазни средства. Работата трябва да се извършва с гумени ръкавици, подложка от гумени ръкавици, разрядни пръти и заземителни съоръжения за работните места и апаратурата.

Прекъсвачите с различна защита са се доказали като добро устройство, което може да спаси човешкия живот.

Не трябва да забравяме и елементарните предпазни мерки за безопасност на работа. Ако избухне пожар, свързан с електрическо оборудване, може да се използва само въглероден диоксид и прахови пожарогасители. Последните предлагат най-добра противопожарна ефективност, но покритото с прах оборудване не винаги може да бъде ремонтирано.

Заключение

Чрез разбираеми за всеки читател примери научихме, че организираното насочено движение на заредени частици се нарича електрически ток. Това е много интересен феномен, важен както от гледна точка на физиката, така и на химията. Електрическият ток е неуморен помощник на човека. С тях обаче трябва да се работи внимателно. В статията се разглеждат въпросите за безопасност, на които трябва да обърнете внимание, ако не Желание да умра.