Ang pisika ng kuryente ay isang bagay na dapat harapin ng bawat isa sa atin. Sa artikulong isasaalang-alang natin ang mga pangunahing konsepto na nauugnay dito.
Ano ang kuryente? Para sa isang hindi pa nakakaalam, nauugnay ito sa isang flash ng kidlat o sa enerhiya na nagpapakain sa TV at washing machine. Alam niya na ang mga electric train ay gumagamit ng electrical energy. Ano pa ang masasabi niya? Ang mga linya ng kuryente ay nagpapaalala sa kanya ng ating pag-asa sa kuryente. Maaaring magbigay ang isang tao ng ilang iba pang halimbawa.
Gayunpaman, marami pang iba, hindi masyadong halata, ngunit ang pang-araw-araw na phenomena ay konektado sa kuryente. Ipinakilala sa atin ng pisika ang lahat ng mga ito. Nagsisimula kaming mag-aral ng kuryente (mga gawain, mga kahulugan at mga pormula) sa paaralan. At marami kaming natutunan na mga kawili-wiling bagay. Lumalabas na ang tumitibok na puso, tumatakbong atleta, natutulog na sanggol, at lumalangoy na isda, lahat ay gumagawa ng kuryente.
Mga electron at proton
Tukuyin natin ang mga pangunahing konsepto. Mula sa pananaw ng isang siyentipiko, ang pisika ng kuryente ay nauugnay sa paggalaw ng mga electron at iba pang mga sisingilin na particle sa iba't ibang mga sangkap. Samakatuwid, ang pang-agham na pag-unawa sa likas na katangian ng hindi pangkaraniwang bagay na interesado sa atin ay nakasalalay sa antas ng kaalaman tungkol sa mga atomo at ang kanilang mga bumubuo ng mga subatomic na particle. Ang maliit na elektron ay ang susi sa pag-unawang ito. Ang mga atomo ng anumang substance ay naglalaman ng isa o higit pang mga electron na gumagalaw sa iba't ibang orbit sa paligid ng nucleus, tulad ng pag-ikot ng mga planeta sa araw. Karaniwan ang bilang ng mga electron sa isang atom ay katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus. Gayunpaman, ang mga proton, na mas mabigat kaysa sa mga electron, ay maaaring ituring na parang naayos sa gitna ng atom. Ang napakasimpleng modelong ito ng atom ay sapat na upang ipaliwanag ang mga pangunahing kaalaman ng naturang phenomenon gaya ng physics ng kuryente.
Ano pa ang kailangan mong malaman? Ang mga electron at proton ay may parehong singil sa kuryente (ngunit magkaibang tanda), kaya sila ay naaakit sa isa't isa. Ang singil ng isang proton ay positibo at ang singil ng isang elektron ay negatibo. Ang isang atom na may mas marami o mas kaunting mga electron kaysa karaniwan ay tinatawag na isang ion. Kung hindi sapat ang mga ito sa isang atom, kung gayon ito ay tinatawag na positibong ion. Kung naglalaman ito ng labis sa mga ito, kung gayon ito ay tinatawag na negatibong ion.
Kapag ang isang electron ay umalis sa isang atom, ito ay nakakakuha ng ilang positibong singil. Isang electron, na pinagkaitan ng kabaligtaran nito - isang proton, maaaring lumipat sa ibang atom, o bumalik sa nauna.
Bakit nag-iiwan ng mga atomo ang mga electron?
Ito ay dahil sa ilang kadahilanan. Ang pinaka-pangkalahatan ay na sa ilalim ng impluwensya ng isang pulso ng liwanag o ilang panlabas na elektron, ang isang elektron na gumagalaw sa isang atom ay maaaring ma-knock out sa orbit nito. Pinapabilis ng init ang pag-vibrate ng mga atom. Nangangahulugan ito na ang mga electron ay maaaring lumipad palabas ng kanilang atom. Sa mga reaksiyong kemikal, lumilipat din sila mula sa atom patungo saatom.
Ang isang magandang halimbawa ng kaugnayan sa pagitan ng kemikal at elektrikal na aktibidad ay ibinibigay ng ating mga kalamnan. Ang kanilang mga hibla ay kumukontra kapag nalantad sa isang de-koryenteng signal mula sa sistema ng nerbiyos. Pinasisigla ng electric current ang mga reaksiyong kemikal. Sila ay humantong sa pag-urong ng kalamnan. Ang mga panlabas na signal ng kuryente ay kadalasang ginagamit para artipisyal na pasiglahin ang aktibidad ng kalamnan.
Conductivity
Sa ilang substance, ang mga electron sa ilalim ng pagkilos ng panlabas na electric field ay mas malayang gumagalaw kaysa sa iba. Ang mga naturang substance ay sinasabing may magandang conductivity. Tinatawag silang mga konduktor. Kabilang dito ang karamihan sa mga metal, pinainit na gas, at ilang likido. Ang hangin, goma, langis, polyethylene at salamin ay hindi magandang konduktor ng kuryente. Ang mga ito ay tinatawag na dielectrics at ginagamit upang i-insulate ang magagandang conductor. Ang mga ideal na insulator (ganap na hindi konduktibo) ay hindi umiiral. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang mga electron ay maaaring alisin mula sa anumang atom. Gayunpaman, ang mga kundisyong ito ay kadalasang napakahirap matugunan na, mula sa praktikal na pananaw, ang mga naturang sangkap ay maaaring ituring na hindi konduktibo.
Pagkakilala sa agham gaya ng physics (seksyon "Elektrisidad"), nalaman namin na mayroong isang espesyal na grupo ng mga sangkap. Ito ay mga semiconductor. Bahagyang kumikilos sila bilang mga dielectric at bahagyang bilang mga konduktor. Kabilang dito, sa partikular: germanium, silikon, tansong oksido. Dahil sa mga katangian nito, ang semiconductor ay nakakahanap ng maraming mga aplikasyon. Halimbawa, maaari itong magsilbi bilang isang de-kuryenteng balbula: tulad ng balbula ng gulong ng bisikleta, itonagbibigay-daan sa mga singil na lumipat sa isang direksyon lamang. Ang ganitong mga aparato ay tinatawag na mga rectifier. Ginagamit ang mga ito sa mga miniature na radyo pati na rin sa malalaking power plant para i-convert ang AC sa DC.
Ang init ay isang magulong anyo ng paggalaw ng mga molekula o atomo, at ang temperatura ay isang sukatan ng intensity ng paggalaw na ito (sa karamihan ng mga metal, na may bumababang temperatura, ang paggalaw ng mga electron ay nagiging mas malaya). Nangangahulugan ito na ang paglaban sa libreng paggalaw ng mga electron ay bumababa sa pagbaba ng temperatura. Sa madaling salita, tumataas ang conductivity ng mga metal.
Superconductivity
Sa ilang mga sangkap sa napakababang temperatura, ang paglaban sa daloy ng mga electron ay ganap na nawawala, at ang mga electron, na nagsimulang gumalaw, ay nagpapatuloy nito nang walang katiyakan. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na superconductivity. Sa mga temperaturang ilang degrees sa itaas ng absolute zero (-273 °C), ito ay nakikita sa mga metal gaya ng lata, tingga, aluminyo at niobium.
Mga generator ng Van de Graaff
Ang kurikulum ng paaralan ay kinabibilangan ng iba't ibang eksperimento sa kuryente. Mayroong maraming mga uri ng mga generator, ang isa ay nais naming pag-usapan nang mas detalyado. Ang Van de Graaff generator ay ginagamit upang makabuo ng napakataas na boltahe. Kung ang isang bagay na naglalaman ng labis na mga positibong ion ay inilagay sa loob ng isang lalagyan, pagkatapos ay lilitaw ang mga electron sa panloob na ibabaw ng huli, at ang parehong bilang ng mga positibong ion ay lilitaw sa panlabas na ibabaw. Kung hinawakan natin ngayon ang panloob na ibabaw na may sisingilin na bagay, kung gayon ang lahat ng mga libreng electron ay dadaan dito. Sa labasmananatili ang mga positibong singil.
Sa isang Van de Graaff generator, ang mga positibong ion mula sa isang pinagmulan ay inilalapat sa isang conveyor belt sa loob ng isang metal sphere. Ang tape ay konektado sa panloob na ibabaw ng globo sa tulong ng isang konduktor sa anyo ng isang suklay. Ang mga electron ay dumadaloy pababa mula sa panloob na ibabaw ng globo. Lumilitaw ang mga positibong ion sa panlabas na bahagi nito. Maaaring pahusayin ang epekto sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang generator.
Agos ng kuryente
Kasama rin sa kursong pisika ng paaralan ang bagay gaya ng electric current. Ano ito? Ang electric current ay dahil sa paggalaw ng mga electric charge. Kapag ang isang electric lamp na nakakonekta sa isang baterya ay naka-on, ang kasalukuyang dumadaloy sa isang wire mula sa isang poste ng baterya patungo sa lampara, pagkatapos ay sa pamamagitan ng buhok nito, na nagiging sanhi ng pagkinang nito, at pabalik sa pangalawang wire patungo sa kabilang poste ng baterya.. Kung nakabukas ang switch, magbubukas ang circuit - titigil ang kasalukuyang daloy at papatayin ang lampara.
Paggalaw ng mga electron
Ang kasalukuyang sa karamihan ng mga kaso ay isang nakaayos na paggalaw ng mga electron sa isang metal na nagsisilbing conductor. Sa lahat ng mga konduktor at ilang iba pang mga sangkap ay palaging may ilang random na paggalaw na nangyayari, kahit na walang kasalukuyang dumadaloy. Ang mga electron sa matter ay maaaring medyo libre o malakas na nakagapos. Ang magagandang konduktor ay may mga libreng electron na maaaring gumalaw sa paligid. Ngunit sa mga mahihirap na konduktor, o mga insulator, karamihan sa mga particle na ito ay malakas na konektado sa mga atomo, na pumipigil sa kanilang paggalaw.
Minsan ang paggalaw ng mga electron sa isang tiyak na direksyon ay natural o artipisyal na nilikha sa isang konduktor. Ang daloy na ito ay tinatawag na electric current. Ito ay sinusukat sa amperes (A). Ang mga ions (sa mga gas o solusyon) at "mga butas" (kakulangan ng mga electron sa ilang uri ng semiconductors) ay maaari ding magsilbi bilang kasalukuyang mga carrier. Ang huli ay kumikilos tulad ng mga positibong sisingilin na electric current carrier. Kailangan ng ilang puwersa upang ilipat ang mga electron sa isang direksyon o isa pa. Sa kalikasan ang mga pinagmumulan nito ay maaaring: pagkakalantad sa sikat ng araw, magnetic effect at mga kemikal na reaksyon. Ang ilan sa mga ito ay ginagamit upang makabuo ng kuryente. Kadalasan para sa layuning ito ay: isang generator na gumagamit ng mga magnetic effect, at isang cell (baterya) na ang pagkilos ay dahil sa mga reaksiyong kemikal. Ang parehong mga device, na lumilikha ng electromotive force (EMF), ay nagiging sanhi ng paggalaw ng mga electron sa isang direksyon sa pamamagitan ng circuit. Ang halaga ng EMF ay sinusukat sa volts (V). Ito ang mga pangunahing yunit ng kuryente.
Ang magnitude ng EMF at ang lakas ng agos ay magkakaugnay, tulad ng presyon at daloy sa isang likido. Ang mga tubo ng tubig ay palaging napupuno ng tubig sa isang tiyak na presyon, ngunit ang tubig ay nagsisimula lamang sa pag-agos kapag ang gripo ay nakabukas.
Katulad nito, ang isang de-koryenteng circuit ay maaaring ikonekta sa isang pinagmumulan ng EMF, ngunit ang kasalukuyang ay hindi dadaloy dito hanggang sa isang landas ay nilikha para sa mga electron na gumalaw. Maaari itong maging, halimbawa, isang electric lamp o isang vacuum cleaner, ang switch dito ay gumaganap ng papel ng isang gripo na "nagpapalabas" ng kasalukuyang.
Ang ugnayan sa pagitan ng kasalukuyan atboltahe
Habang tumataas ang boltahe sa circuit, tumataas din ang kasalukuyang. Sa pag-aaral ng kursong pisika, nalaman namin na ang mga de-koryenteng circuit ay binubuo ng iba't ibang seksyon: karaniwang switch, conductor at device na kumukonsumo ng kuryente. Ang lahat ng mga ito, na magkakaugnay, ay lumikha ng isang paglaban sa electric current, na (ipagpalagay na ang isang pare-pareho ang temperatura) para sa mga sangkap na ito ay hindi nagbabago sa oras, ngunit naiiba para sa bawat isa sa kanila. Samakatuwid, kung ang parehong boltahe ay inilapat sa isang ilaw na bombilya at sa isang bakal, kung gayon ang daloy ng mga electron sa bawat isa sa mga aparato ay magkakaiba, dahil ang kanilang mga resistensya ay iba. Samakatuwid, ang lakas ng kasalukuyang dumadaloy sa isang partikular na seksyon ng circuit ay natutukoy hindi lamang sa pamamagitan ng boltahe, kundi pati na rin ng paglaban ng mga conductor at device.
Ohm's Law
Ang halaga ng electrical resistance ay sinusukat sa ohms (Ohm) sa isang agham gaya ng physics. Ang kuryente (mga formula, kahulugan, eksperimento) ay isang malawak na paksa. Hindi kami kukuha ng mga kumplikadong formula. Para sa unang kakilala sa paksa, sapat na ang sinabi sa itaas. Gayunpaman, sulit pa ring kunin ang isang formula. Siya ay medyo hindi kumplikado. Para sa anumang konduktor o sistema ng mga konduktor at aparato, ang ugnayan sa pagitan ng boltahe, kasalukuyang at paglaban ay ibinibigay ng formula: boltahe=kasalukuyang x paglaban. Ito ang matematikal na pagpapahayag ng batas ng Ohm, na ipinangalan kay George Ohm (1787-1854), na unang nagtatag ng ugnayan sa pagitan ng tatlong parameter na ito.
Ang
Physics of electricity ay isang napaka-interesante na sangay ng agham. Isinaalang-alang lamang namin ang mga pangunahing konsepto na nauugnay dito. Alam mo baAno ang kuryente at paano ito nabuo? Sana ay maging kapaki-pakinabang sa iyo ang impormasyong ito.
