Condiții de existență a curentului electric
Pentru început, să răspundem la întrebarea ce este curentul electric. O baterie simplă de masă nu generează curent de la sine. Și o lanternă întinsă pe o masă nu va crea curent prin LED-urile sale chiar așa, fără niciun motiv. Ca să apară curent, ceva trebuie să curgă undeva, măcar să înceapă să se miște, iar pentru asta trebuie să se închidă circuitul led-urilor lanternei și al bateriei. Nu degeaba, pe vremuri curentul electric era comparat cu mișcarea unui anumit lichid încărcat.
De fapt, acum știm asta electricitate - aceasta este mișcarea direcționată a particulelor încărcate și că un analog mai apropiat de realitate ar fi un gaz încărcat - un gaz al particulelor încărcate care se mișcă sub acțiunea unui câmp electric. Dar mai întâi lucrurile.
Curentul electric este mișcarea direcționată a particulelor încărcate
Deci, curentul electric este mișcarea particulelor încărcate, dar chiar și mișcarea haotică a particulelor încărcate este, de asemenea, mișcare, dar încă nu este curentă.La fel, moleculele de fluid care se află tot timpul în mișcare termică nu creează curenți deoarece deplasarea totală a întregului volum de fluid în repaus este exact zero.
Pentru ca fluxul de fluid să aibă loc, trebuie să aibă loc mișcarea generală, adică mișcarea globală a moleculelor de fluid trebuie să devină direcționată. Astfel, la mișcarea dirijată a întregului volum se va adăuga mișcarea haotică a moleculelor și se va produce un flux al întregului volum de lichid.
Situația este similară cu curentul electric - mișcarea direcționată a particulelor încărcate electric este un curent electric. Viteza mișcării termice a particulelor încărcate, de exemplu, în metal, este măsurată în sute de metri pe secundă, dar în mișcarea direcțională, când un anumit curent este setat în conductor, viteza mișcării generale a particulelor este măsurată în părți și unități de milimetri pe secundă.
Deci, dacă un curent continuu egal cu 10 A curge într-un fir metalic cu o secțiune transversală de 1 sq. Mm, atunci viteza medie a mișcării ordonate a electronilor va fi de la 0,6 la 6 milimetri pe secundă. Acesta va fi deja un șoc electric. Și această mișcare lentă a electronilor este suficientă pentru ca un fir, de exemplu, de nicrom, să se încălzească bine, supunând Legea Joule-Lenz.
Viteza particulelor nu este viteza de propagare a unui câmp electric!
Rețineți că curentul începe în fir aproape instantaneu pe întregul volum, adică această „mișcare” se răspândește de-a lungul firului cu viteza luminii, dar mișcarea particulelor încărcate în sine este de 100 de miliarde de ori mai lentă. Puteți lua în considerare analogia unei țevi cu lichidul care curge prin ea.
Deplasarea de-a lungul unei conducte de 10 metri lungime, de exemplu apă.Viteza apei este de numai 1 metru pe secundă, dar debitul nu se răspândește cu aceeași viteză, ci mult mai rapid, iar viteza de răspândire aici depinde de densitatea lichidului și de elasticitatea acestuia. Astfel, câmpul electric se propagă de-a lungul firului cu viteza luminii, iar particulele încep să se miște cu 11 ordine de mărime mai încet. Vezi si: Viteza curentului electric
1. Particulele încărcate sunt necesare pentru existența curentului electric
Electronii în metale și în vid, ionii în soluții de electroliți — servesc ca purtători de sarcină și asigură prezența curentului în diferite substanțe. În metale, electronii sunt foarte mobili, unii dintre ei se pot mișca liber de la atom la atom, ca un gaz care umple spațiul dintre nodurile unei rețele cristaline.
În tuburile de electroni, electronii părăsesc catodul în timpul radiației termoionice, năvălindu-se sub acțiunea unui câmp electric către anod. În electroliți, moleculele se descompun în apă în părți încărcate pozitiv și negativ și devin fără ioni purtători de sarcină în electroliți, adică oriunde poate exista un curent electric, există purtători de încărcare liberi care se pot mișca câmp electric… Aceasta este prima condiție pentru existența curentului electric — prezența purtătorilor de încărcare liberă.
2. A doua condiție pentru existența unui curent electric este ca asupra sarcinii să acționeze forțe externe
Dacă te uiți acum la un fir, să presupunem că este un fir de cupru, atunci te poți întreba: ce este nevoie pentru ca un curent electric să apară în el? Există particule încărcate, electroni, care se pot mișca liber.
Ce îi va face să se miște? Se știe că o particulă încărcată electric interacționează cu un câmp electric. Prin urmare, trebuie creat un câmp electric în fir, apoi va apărea un potențial în fiecare punct al firului, va exista o diferență de potențial între capetele firului, iar electronii se vor mișca în direcția câmpului - în direcția de la «-» la «+», adică într-o direcție opusă vectorului intensității câmpului electric. Câmpul electric va accelera electronii, crescându-le energia (cinetică și magnetică).
Ca urmare, dacă luăm în considerare un câmp electric pur și simplu aplicat extern firului (am plasat firul într-un câmp electric de-a lungul liniilor de forță), atunci electronii se vor acumula la un capăt al firului și o sarcină negativă va apărea la acel capăt. capăt și, deoarece electronii sunt mutați de la celălalt capăt al firului, atunci va exista o sarcină pozitivă pe acesta.
Ca urmare, câmpul electric al unui conductor încărcat de un câmp electric aplicat extern va fi în așa direcție încât să slăbească câmpul electric extern din acțiunea sa.
Procesul de redistribuire a sarcinilor va continua aproape instantaneu iar după finalizarea lui curentul din fir se va opri. Câmpul electric rezultat din interiorul conductorului va deveni zero, iar forța de la capete va fi egală ca mărime, dar opusă ca direcție câmpului electric aplicat extern.
Dacă câmpul electric din conductor este creat de o sursă de curent continuu, de exemplu, o baterie, atunci o astfel de sursă va deveni o sursă de forțe externe pentru conductor, adică o sursă care va crea un EMF constant în conductor. și menține diferența de potențial.Evident, pentru ca curentul să fie menținut printr-o sursă de forță externă, circuitul trebuie să fie închis.