Информационни и комуникационни технологии

Електрически ток

В атомната решетка на металите лентите на валентност и проводимост се припокриват, така че валентните електрони се движат свободно в решетката и визуално се държат като електронен газ. Те се движат наоколо в кристалната структура в безпорядъчно движение. В допълнение, металните атоми се люлеят около тяхното положение на покой в ​​техните решетъчни позиции. Добавянето на топлина увеличава амплитудите на вибрациите и отделните атоми изискват повече пространство. Металът се разширява. Процесът е обратим, тъй като обемът отново намалява, когато се охлади.

електроните

Ако приложите електрическо поле към електрически неутрален метален проводник, като го свържете към източник на напрежение, преди това разстроеното движение на електроните се променя в подредено, насочено движение. През проводника протича електрически ток.

Електрическият ток е насоченото движение на носителите на заряд.
Електрическото напрежение е причина за електрически ток.
Силата на тока е мярката на транспорта на заряда в секунда на всяко място на проводника.

В металния проводник електрическият ток транспортира само носители на заряд и не променя материала. Механичното взаимодействие на дрейфущите електрони с други електрони и метални атоми в твърдата решетка може да причини нагряване. Повишаването на температурата увеличава топлинните трептения на частиците и по този начин намалява средния свободен път на свободните електрони. Потокът от насочен ток е затруднен и намалява. Символът на електрическия ток е I.. Мерната единица е ампер със символа А..

Определение на силата на тока

Временно постоянен ток от 1 A ​​действа във вакуум между два успоредни идеални проводника с безкрайна дължина, които са на разстояние 1 m, със сила 2 · 10exp - 7 N. Тази дефиниция избягва измервателната технология. Според историческата дефиниция, електрически постоянен ток от 1 А от воден разтвор на сребърен нитрат отделя 1.118 mg сребро за една секунда в резултат на електролиза. Електрическият ток пренася електрически заряди и също се определя като количеството заряд за единица време. 1 A = 1 C/s, където 1 C = 6,24151 · 10exp18 съответстват на елементарни заряди. Елементарният заряд на електрона е даден като e = 1.6021 · 10exp-19 As = C.

Електронна проводимост

Само електроните са отговорни за провеждането на електрически ток в металите. Тъй като елементарният заряд на електрон е много малък, преносът на заряд от изключително много електрони в секунда (≈6,24 · 10exp18 C/s) е необходим за ток от 1 ампер. В металния проводник скоростта на дрейфа на електрона е само няколко милиметра в секунда след прилагане на електрическо поле. След включване токът тече веднага във всяка точка на веригата. Тъй като проводникът остава електрически неутрален, електрон, влизащ в началото на проводника, принуждава друг електрон да напусне края на проводника веднага. Импулсът на движението или информацията за текущия пренапрежение се разпространява в електрическата верига с почти скоростта на светлината, около 300 000 km/s. В зависимост от материала на проводника и неговата структура, този пренос на информация може да бъде до 30% по-бавен.

Йонна проводимост

В електролитните разтвори или разтопените соли транспортът на заряда се осъществява чрез различно заредени йони. Електролитът също е неутрален спрямо външния свят. Някои йони могат да транспортират повече от един елементарен заряд. Тъй като те са по-големи, скоростта на тяхното отклонение е по-ниска от тази на свободните електрони в метала. В допълнение към температурата, скоростта на йоните зависи особено от концентрацията и степента на дисоциация на електролита. Обменът на заряд се осъществява при електродите, като електроните текат във външната верига.

Електропровод в газове

Възможен е и електропровод в газове и във вакуум (разредени газове). В газовете както електроните, така и йоните на възбудените газови молекули участват в транспорта на заряда. Повишаването на температурата, причинено от тока, може да увеличи кинетичната енергия на частиците, така че при сблъсък с неутрални газови молекули се генерират нови носители на заряд, което увеличава потока на тока.

Електропровод във вакуумни тръби

Потокът на ток във вакуумната тръба се причинява от електрони. Те излизат от катода чрез термично възбуждане на нишката или други подходящи вещества. Този процес се нарича термична емисия. След това електроните се придвижват до положителния полюс на електронната тръба и затварят веригата към източника на напрежение чрез анодния контакт.

Отрицателните носители на заряд се придвижват от отрицателния полюс към положителния полюс.
Носителите на положителен заряд се движат от положителния полюс към отрицателния полюс.
Посоката на физическия поток се определя като електронния поток от катода към анода.
Конвенционалната или техническа посока на тока се определя от плюс до минус.

Не толкова научно, но с шегата на врата, токът може да бъде обясним разбираемо дори и за неспециалист.

Скоростта на електроните

Електронна скорост в металния проводник

Причината за електрическия ток са насочени движения на носители на заряд. В повечето случаи това са електроните. В металните проводници това са единствените подвижни носители на заряд. За всяка текуща стойност в материала на проводника може да се изчисли скоростта, известна като скорост на дрейфа.

С увеличаване на тока I, повече електрони за единица време трябва да бъдат преместени през проводника. Електрически неутрален проводник осигурява само определен брой електрони. Колкото повече ток трябва да тече, толкова по-бързо електроните трябва да се движат през проводника. При постоянна температура, постоянна площ на напречното сечение и постоянна плътност на заряда, скоростта на дрейфа v е пряко пропорционална на електрическия ток: v

Има повече носители на заряд в по-голяма площ на напречното сечение А и по-ниска скорост на електрона е достатъчна за същото количество ток за единица време. Скоростта на дрейфа е обратно пропорционална на площта: v

Ако проводникът може да осигури повече носители на заряд, същата стойност на тока ще бъде постигната при постоянна температура и същата площ на напречното сечение с по-ниска скорост на електроните. Следователно скоростта на дрейфа е обратно пропорционална на плътността на заряда: v

Плътността на заряда е броят на носителите на заряд e - въз основа на обемния елемент. ρ q = n e -/V . Физическата химия казва, че 1 мол от веществото винаги се състои от 6.02205 · 10 23 частици. Това число е известно като числото Авогадро. Молекулното тегло е молекулното тегло в грамове и съдържа точно този брой частици. Плътността на носителя на заряда е равна на броя на частиците, наречени mol −1 (числото на Авогадро), умножено по плътността на проводниковия материал в kg/m³ и разделено на молекулната му маса в kg/mol.

Скоростта на дрейфа на електроните зависи от материала на проводника, неговото напречно сечение, силата на тока и температурата. С увеличаване на температурата, броуновското молекулярно движение се увеличава и съкращава средния свободен път на електроните. Те често се хващат в отблъскващите електрически полета на съседни електрони, което намалява относителната им скорост. Влиянието на температурата не се взема предвид при следващите изчисления. Трябва да се изчисли средната скорост на дрейфа на електроните в медната жица. Проводникът е с напречно сечение 1 mm 2. Токът е 1 А.

Всеки меден атом осигурява 1 електрон за провеждане на електричество.
Моларната маса на медта е 63,6 g/mol.
1 мол съдържа 6,022 · 10 23 атома.
По този начин 1 мол мед (63,6 g) осигурява 6,022 · 10 23 електрона.
Плътността на медта е около 8,93 mg/mm 3, което означава:
1 mm 3 мед отговаря на 0,14 · 10 −3 mol. Умножено по броя на електроните/мол, което означава:
1 mm 3 мед осигурява 8,43 · 10 19 електрона за провеждане на електричество.
Всеки електрон носи елементарния заряд от 1.6022 10 −19 A s = C (Кулон).
1 mm 3 мед осигурява 13,51 A · s за захранване на линията.

Електрическият ток означава транспорт на такса за единица време. Ако 13,51 A · s се транспортират с 1 mm/s, ще изтече 13,51 A. Необходимият токов поток трябва да бъде 1 A. Електроните се движат много бавно в този пример v = 0,074 mm/s през главата.

Ако напречното сечение на медната жица се увеличи, омичното съпротивление се намалява пропорционално. Скоростта на електроните в проводника намалява. С напречно сечение на тел от 2 mm 2 и предвидения ток от 1 A ​​се изисква половината от разстоянието. Електронната скорост е наполовина.

Колкото по-ниско е омичното съпротивление на метален проводник, толкова по-ниска е относителната скорост на електроните при провеждане на електричество.

Електронната скорост във вакуум

Във вакуумните електронни тръби потокът на ток също се основава на електрони. Те се генерират от светещ електрод, катод и се ускоряват към анода от положително анодно напрежение. За да се позволи този процес, тръбата трябва да бъде добре евакуирана. Скоростта на електроните зависи от анодното напрежение. Колкото по-висока е тя, толкова по-голяма е силата върху отделния електрон. Ускорява се по-силно и скоростта му се увеличава.

Следващият пример изчислява скоростта на електроните във вакуумна тръба. Напрежението на ускорението е толкова малко, че релативисткото нарастване на масата все още не трябва да се взема предвид.

Физиката учи, че масата на частиците се увеличава с много високи скорости. В релативистката физика скоростта на светлината c = 2.99792 · 10 8 m/s е универсална естествена константа. От това произтича релативисткото нарастване на масата. Тези предпоставки трябва винаги да се вземат предвид, когато енергията на ускорението е голяма в сравнение с останалата енергия на ускорената частица. Останалата енергия на електрона е: m e · c 2 = 0.511 MeV = 8.2 · 10 −14 N · m. Деривацията използва m за релативистката електронна маса и m e за електронната маса, като се приема, че общата енергия е сбор от кинетичната енергия и останалата енергия на електрона.

Сега напрежението на ускорението трябва да бъде 25 kV. По този начин тя е в диапазона на анодното напрежение на тръба за монитор (CRT). Скоростта на електроните, изчислена според опростената връзка, дава: v = 93,769 x 10 6 m/s. Ако се вземе предвид релативисткото увеличение на масата, стойността се изчислява като: v = 90,482 x 10 6 m/s. Електроните се движат много по-бавно.

Електричеството е много слабо. Не е необходим обаче маркуч за електропровода. Толкова е тънък, че преминава през обикновена жица. Не можете да предавате електричество с дърво. Дървото вероятно го изсмуква. Същото е и с пластмасата.

Когато електричеството не е необходимо, то не е тънко. Напротив, той е дебел, за да не изтича от контакта. В противен случай винаги ще трябва да има щепсел в контакта. Все още не е ясно как електричеството знае кога е необходимо и трябва да е слабо. Вероятно вижда, когато някой влезе в стаята с електрически уред.

Електричеството не само е много тънко, но и е невидимо. Следователно не можете да видите дали в проводник има електричество или не. Ако в проводника има електричество, ще ви навреди да го докоснете. Нарича се токов удар. Понякога дори не забелязвате нищо. Или защото няма електричество, или защото изведнъж сте мъртви. Това също се нарича екзитус.

Електричеството е универсално, с него можете да готвите, пробивате, отоплявате и много повече. Ако държите проводник с електричество към друг проводник с електричество, той искри и изскача. Това се нарича късо съединение. Но има предпазни мерки за това. След това трябва да ги замените.

В допълнение към електричеството в кабела има и електричество, което да вземете със себе си. Опакован е в малки кутии. Експертът нарича нещо като тази батерия. Разбира се, електричеството в кутията не може да види дали е необходимо или не. Ето защо понякога изтича без причина и изяжда всичко на парчета.

Има няколко вида електричество:

Силен ток: Нарича се така, защото е невероятно силно какво можете да правите с него.

Променлив ток: Нарича се така, защото употребата му се променя постоянно.

Постоянен ток: Името му е, защото не го интересува какво правиш с него.

. от Интернет/Usenet, автор неизвестен