Maraming iba't ibang pisikal na phenomena, parehong microscopic at macroscopic, ay electromagnetic sa kalikasan. Kabilang dito ang mga puwersa ng friction at elasticity, lahat ng proseso ng kemikal, kuryente, magnetism, optika.
Isa sa mga ganitong pagpapakita ng electromagnetic interaction ay ang ayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle. Isa itong ganap na kinakailangang elemento ng halos lahat ng modernong teknolohiya na ginagamit sa iba't ibang larangan - mula sa pagsasaayos ng ating buhay hanggang sa mga flight sa kalawakan.
Pangkalahatang konsepto ng phenomenon
Ang nakaayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle ay tinatawag na electric current. Ang ganitong paggalaw ng mga singil ay maaaring isagawa sa iba't ibang media sa pamamagitan ng ilang partikular na particle, kung minsan ay quasi-particles.
Ang isang kinakailangan para sa kasalukuyang aytiyak na maayos, nakadirekta sa paggalaw. Ang mga naka-charge na particle ay mga bagay na (pati na rin ang mga neutral) ay may thermal chaotic motion. Gayunpaman, ang kasalukuyang nangyayari lamang kapag, laban sa background ng tuluy-tuloy na magulong prosesong ito, mayroong pangkalahatang paggalaw ng mga singil sa ilang direksyon.
Kapag ang isang katawan ay gumagalaw, neutral sa kuryente sa kabuuan, ang mga particle sa mga atom at molekula nito, siyempre, ay gumagalaw sa isang direksyon, ngunit dahil ang magkasalungat na singil sa isang neutral na bagay ay nagbabayad sa isa't isa, walang paglilipat ng singil, at maaari nating pag-usapan ang tungkol sa kasalukuyang ay hindi rin makatwiran sa kasong ito.
Paano nabuo ang kasalukuyang
Isaalang-alang ang pinakasimpleng bersyon ng direct current excitation. Kung ang isang electric field ay inilapat sa isang daluyan kung saan ang mga carrier ng singil ay naroroon sa pangkalahatang kaso, isang nakaayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle ay magsisimula dito. Ang phenomenon ay tinatawag na charge drift.
Maaari itong mailarawan nang maikli tulad ng sumusunod. Sa iba't ibang mga punto ng field, ang isang potensyal na pagkakaiba (boltahe) ay lumitaw, iyon ay, ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng mga electric charge na matatagpuan sa mga puntong ito sa field, na nauugnay sa magnitude ng mga singil na ito, ay magkakaiba. Dahil ang anumang pisikal na sistema, gaya ng nalalaman, ay may posibilidad sa isang minimum na potensyal na enerhiya na naaayon sa estado ng balanse, ang mga sisingilin na particle ay magsisimulang lumipat patungo sa pagkakapantay-pantay ng mga potensyal. Sa madaling salita, may ginagawa ang field para ilipat ang mga particle na ito.
Kapag napantayan ang mga potensyal, nawawala ang tensyonelectric field - nawawala ito. Kasabay nito, ang iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na particle, ang kasalukuyang, ay humihinto din. Upang makakuha ng isang nakatigil, iyon ay, time-independent na field, kinakailangan na gumamit ng isang kasalukuyang mapagkukunan kung saan, dahil sa pagpapalabas ng enerhiya sa ilang mga proseso (halimbawa, kemikal), ang mga singil ay patuloy na pinaghihiwalay at ipinapadala sa mga poste, pinapanatili ang pagkakaroon ng isang electric field.
Ang kasalukuyan ay maaaring makuha sa iba't ibang paraan. Kaya, ang isang pagbabago sa magnetic field ay nakakaapekto sa mga singil sa conducting circuit na ipinakilala dito at nagiging sanhi ng kanilang direktang paggalaw. Ang nasabing agos ay tinatawag na inductive.
Mga katangian ng dami ng kasalukuyang
Ang pangunahing parameter kung saan inilalarawan ang kasalukuyang ayon sa dami ay ang lakas ng kasalukuyang (minsan sinasabi nilang "halaga" o simpleng "kasalukuyan"). Ito ay tinukoy bilang ang halaga ng kuryente (ang halaga ng singil o ang bilang ng mga elementarya) na dumadaan sa bawat yunit ng oras sa isang tiyak na ibabaw, kadalasan sa pamamagitan ng cross section ng isang konduktor: I=Q / t. Ang kasalukuyang ay sinusukat sa amperes: 1 A \u003d 1 C / s (coulomb bawat segundo). Sa seksyon ng electrical circuit, ang kasalukuyang lakas ay direktang nauugnay sa potensyal na pagkakaiba at kabaligtaran - sa paglaban ng konduktor: I \u003d U / R. Para sa isang kumpletong circuit, ang pag-asa na ito (batas ng Ohm) ay ipinahayag bilang I=Ԑ/R+r, kung saan ang Ԑ ay ang electromotive force ng pinagmulan at ang r ay ang panloob na resistensya nito.
Ang ratio ng kasalukuyang lakas sa cross section ng conductor kung saan nangyayari ang nakaayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle nang patayo dito ay tinatawag na kasalukuyang density: j=I/S=Q/St. Ang halagang ito ay nagpapakilala sa dami ng kuryente na dumadaloy sa bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng isang unit area. Kung mas mataas ang field strength E at ang electrical conductivity ng medium σ, mas malaki ang kasalukuyang density: j=σ∙E. Hindi tulad ng kasalukuyang lakas, ang dami na ito ay vector, at may direksyon sa paggalaw ng mga particle na may positibong singil.
Kasalukuyang direksyon at direksyon ng drift
Sa isang electric field, ang mga bagay na may karga, sa ilalim ng impluwensya ng pwersa ng Coulomb, ay gagawa ng ayos na paggalaw sa poste ng kasalukuyang pinagmumulan, sa tapat ng tanda ng charge. Ang mga particle na sinisingil ay positibong lumilipat patungo sa negatibong poste ("minus") at, sa kabaligtaran, ang mga libreng negatibong singil ay naaakit sa "plus" ng pinagmulan. Maaari ding gumalaw ang mga particle sa dalawang magkasalungat na direksyon nang sabay-sabay kung may mga tagadala ng singil ng parehong mga palatandaan sa conducting medium.
Para sa mga makasaysayang dahilan, karaniwang tinatanggap na ang kasalukuyang ay nakadirekta sa paraan ng paggalaw ng mga positibong singil - mula sa "plus" hanggang sa "minus". Upang maiwasan ang pagkalito, dapat tandaan na kahit na sa pinaka-pamilyar na kaso ng kasalukuyang sa mga metal conductor, ang tunay na paggalaw ng mga particle - mga electron - ay nangyayari, siyempre, sa kabaligtaran ng direksyon, ang kondisyong panuntunang ito ay palaging nalalapat.
Kasalukuyang propagation at drift speed
Kadalasan may mga problema sa pag-unawa kung gaano kabilis ang kasalukuyang paggalaw. Dalawang magkaibang konsepto ang hindi dapat malito: ang bilis ng pagpapalaganap ng kasalukuyang (electricsignal) at ang bilis ng drift ng mga particle - mga carrier ng singil. Ang una ay ang bilis kung saan ang pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay ipinadala o - na pareho - ang patlang ay nagpapalaganap. Ito ay malapit (isinasaalang-alang ang propagation medium) sa bilis ng liwanag sa vacuum at halos 300,000 km/s.
Particles ay gumagawa ng kanilang maayos na paggalaw nang napakabagal (10-4–10-3 m/s). Ang bilis ng drift ay depende sa intensity kung saan ang inilapat na electric field ay kumikilos sa kanila, ngunit sa lahat ng kaso ito ay ilang mga order ng magnitude na mas mababa sa bilis ng thermal random na paggalaw ng mga particle (105 –106m/s). Mahalagang maunawaan na sa ilalim ng pagkilos ng field, magsisimula ang sabay-sabay na pag-anod ng lahat ng mga libreng singil, kaya agad na lumilitaw ang kasalukuyang sa buong konduktor.
Mga uri ng kasalukuyang
Una sa lahat, ang mga agos ay nakikilala sa pamamagitan ng pag-uugali ng mga carrier ng pagsingil sa paglipas ng panahon.
- Ang pare-parehong kasalukuyang ay isang agos na hindi nagbabago alinman sa magnitude (lakas) o direksyon ng paggalaw ng butil. Ito ang pinakamadaling paraan upang ilipat ang mga naka-charge na particle, at ito ang palaging simula ng pag-aaral ng electric current.
- Sa alternating current, nagbabago ang mga parameter na ito sa paglipas ng panahon. Ang henerasyon nito ay batay sa kababalaghan ng electromagnetic induction na nangyayari sa isang closed circuit dahil sa pagbabago (pag-ikot) ng magnetic field. Ang electric field sa kasong ito ay pana-panahong binabaligtad ang intensity vector. Alinsunod dito, ang mga palatandaan ng mga potensyal ay nagbabago, at ang kanilang halaga ay pumasa mula sa "plus" hanggang "minus" sa lahat ng mga intermediate na halaga, kabilang ang zero. Ang resultahindi pangkaraniwang bagay, ang iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na particle ay nagbabago ng direksyon sa lahat ng oras. Ang magnitude ng naturang kasalukuyang ay nagbabago (karaniwan ay sinusoidally, iyon ay, harmonically) mula sa isang maximum hanggang sa isang minimum. Ang alternating current ay may napakahalagang katangian ng bilis ng mga oscillation na ito gaya ng frequency - ang bilang ng kumpletong cycle ng pagbabago sa bawat segundo.
Bilang karagdagan sa pinakamahalagang pag-uuri na ito, ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga agos ay maaari ding gawin ayon sa kriterya gaya ng katangian ng paggalaw ng mga tagadala ng singil kaugnay ng daluyan kung saan kumakalat ang kasalukuyang.
Conduction current
Ang pinakatanyag na halimbawa ng agos ay ang ayos at direktang paggalaw ng mga naka-charge na particle sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field sa loob ng isang katawan (medium). Ito ay tinatawag na conduction current.
Sa mga solido (mga metal, grapayt, maraming kumplikadong materyales) at ilang likido (mercury at iba pang metal na natutunaw), ang mga electron ay mga mobile charged na particle. Ang isang nakaayos na paggalaw sa isang konduktor ay ang kanilang drift na may kaugnayan sa mga atomo o molekula ng isang sangkap. Ang ganitong uri ng conductivity ay tinatawag na electronic. Sa mga semiconductor, nagaganap din ang paglilipat ng singil dahil sa paggalaw ng mga electron, ngunit para sa ilang kadahilanan ay maginhawang gamitin ang konsepto ng isang butas upang ilarawan ang kasalukuyang - isang positibong quasiparticle, na isang gumagalaw na bakante ng elektron.
Sa mga electrolytic solution, ang pagpasa ng kasalukuyang ay isinasagawa dahil sa mga negatibo at positibong ion na lumilipat sa magkaibang mga pole - ang anode at cathode, na bahagi ng solusyon.
Transfer currents
Gas - sa ilalim ng normal na mga kondisyon isang dielectric - ay maaari ding maging isang konduktor kung sasailalim sa isang sapat na malakas na ionization. Ang koryente ng gas ay halo-halong. Ang isang ionized gas ay isa nang plasma kung saan ang parehong mga electron at ion, iyon ay, lahat ng mga sisingilin na particle, ay gumagalaw. Ang kanilang iniutos na paggalaw ay bumubuo ng plasma channel at tinatawag na gas discharge.
Ang direktang paggalaw ng mga singil ay maaaring mangyari hindi lamang sa loob ng kapaligiran. Ipagpalagay na ang isang sinag ng mga electron o ion ay gumagalaw sa vacuum, na ibinubuga mula sa isang positibo o negatibong elektrod. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na electron emission at malawakang ginagamit, halimbawa, sa mga vacuum device. Siyempre, ang paggalaw na ito ay isang agos.
Ang isa pang kaso ay ang paggalaw ng isang macroscopic body na may kuryente. Isa rin itong kasalukuyang, dahil ang ganitong sitwasyon ay nakakatugon sa kondisyon ng direktang paglilipat ng singil.
Ang lahat ng mga halimbawa sa itaas ay dapat ituring bilang isang nakaayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle. Ang kasalukuyang ito ay tinatawag na convection o transfer current. Ang mga katangian nito, halimbawa, magnetic, ay ganap na katulad ng sa mga conduction currents.
Kasalukuyang bias
May isang phenomenon na walang kinalaman sa paglilipat ng singil at nangyayari kung saan may nag-iiba-iba na electric field na may katangian ng "tunay" na pagpapadaloy o paglipat ng mga alon: ito ay nasasabik sa isang alternating magnetic field. Ito ayay nangyayari, halimbawa, sa alternating current circuits sa pagitan ng mga plate ng capacitors. Ang phenomenon ay sinamahan ng paglipat ng enerhiya at tinatawag na displacement current.
Sa katunayan, ipinapakita ng value na ito kung gaano kabilis nagbabago ang electric field induction sa isang partikular na surface na patayo sa direksyon ng vector nito. Kasama sa konsepto ng electrical induction ang field strength at polarization vectors. Sa isang vacuum, ang pag-igting lamang ang isinasaalang-alang. Tulad ng para sa mga electromagnetic na proseso sa matter, ang polarization ng mga molecule o atoms, kung saan, kapag nalantad sa isang field, ang paggalaw ng mga nakatali (hindi libre!) Charges ay nagaganap, ay gumagawa ng ilang kontribusyon sa displacement current sa isang dielectric o conductor.
Nagmula ang pangalan noong ika-19 na siglo at may kondisyon, dahil ang totoong electric current ay isang maayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle. Ang kasalukuyang pag-aalis ay walang kinalaman sa pag-anod ng singil. Samakatuwid, sa mahigpit na pagsasalita, ito ay hindi isang kasalukuyang.
Mga pagpapakita (mga aksyon) ng kasalukuyang
Ang nakaayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle ay palaging sinasamahan ng ilang partikular na pisikal na phenomena, na, sa katunayan, ay magagamit upang hatulan kung ang prosesong ito ay nagaganap o hindi. Posibleng hatiin ang mga naturang phenomena (kasalukuyang aksyon) sa tatlong pangunahing grupo:
- Magnetic na pagkilos. Ang gumagalaw na electric charge ay kinakailangang lumikha ng magnetic field. Kung maglalagay ka ng compass sa tabi ng isang conductor kung saan dumadaloy ang kasalukuyang, ang arrow ay liliko patayo sa direksyon ng kasalukuyang ito. Batay sa hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang mga electromagnetic na aparato ay nagpapatakbo, na nagpapahintulot, halimbawa, na mag-convert ng elektrikal na enerhiyasa mekanikal.
- Thermal effect. Ang kasalukuyang ay gumagana upang pagtagumpayan ang paglaban ng konduktor, na nagreresulta sa pagpapalabas ng thermal energy. Ito ay dahil, sa panahon ng drift, ang mga naka-charge na particle ay nakakaranas ng pagkalat sa mga elemento ng kristal na sala-sala o mga molekula ng conductor at nagbibigay sa kanila ng kinetic energy. Kung ang sala-sala ng, sabihin nating, isang metal ay perpektong regular, halos hindi ito mapapansin ng mga electron (ito ay bunga ng likas na alon ng mga particle). Gayunpaman, una, ang mga atom sa mga site ng lattice mismo ay napapailalim sa mga thermal vibrations na lumalabag sa regularidad nito, at pangalawa, ang mga depekto sa sala-sala - mga impurity atoms, dislokasyon, mga bakante - ay nakakaapekto rin sa paggalaw ng mga electron.
- Ang pagkilos ng kemikal ay sinusunod sa mga electrolyte. Ang magkasalungat na sisingilin na mga ion, kung saan ang electrolytic solution ay naghihiwalay, kapag ang isang electric field ay inilapat, ay pinaghihiwalay sa magkasalungat na mga electrodes, na humahantong sa chemical decomposition ng electrolyte.
Maliban kung ang nakaayos na paggalaw ng mga naka-charge na particle ay paksa ng siyentipikong pananaliksik, interesado ang isang tao sa mga macroscopic na pagpapakita nito. Hindi ang kasalukuyang mismo ang mahalaga para sa atin, ngunit ang mga phenomena na nakalista sa itaas, na sanhi nito, dahil sa pagbabago ng elektrikal na enerhiya sa iba pang mga anyo.
Lahat ng kasalukuyang aksyon ay may dalawang papel sa ating buhay. Sa ilang mga kaso, kinakailangan upang protektahan ang mga tao at kagamitan mula sa kanila, sa iba, ang pagkuha ng isa o isa pang epekto na dulot ng direktang paglipat ng mga singil sa kuryente ay direkta.layunin ng maraming uri ng mga teknikal na device.
