Si hi ha portadors de càrrega lliure en qualsevol mitjà (per exemple, electrons en un metall), aleshores no estan en repòs, sinó que es mouen aleatòriament. Però podeu fer que els electrons es moguin de manera ordenada en una direcció determinada. Aquest moviment dirigit de partícules carregades s'anomena corrent elèctric.
Contingut
Com es genera el corrent elèctric
Si agafem dos conductors, i un d'ells està carregat negativament (afegint-li electrons), i l'altre està carregat positivament (traient-li part dels electrons), es generarà un camp elèctric. Si connecteu els dos elèctrodes amb un conductor, el camp obligarà els electrons a moure's en la direcció oposada al vector del camp elèctric, d'acord amb la direcció del vector de la força elèctrica. Les partícules carregades negativament es mouran des de l'elèctrode on són en excés fins a l'elèctrode on són deficients.
Per a l'aparició de moviment d'electrons, no és necessari impartir una càrrega positiva al segon elèctrode. El més important és que la càrrega negativa del primer és més alta. Fins i tot és possible carregar els dos conductors negativament, però un conductor ha de tenir una càrrega més gran que l'altre. En aquest cas, es parla d'una diferència de potencial que provoca un corrent elèctric.
Per analogia amb l'aigua, si connecteu dos recipients plens d'aigua a diferents nivells, apareixerà un corrent d'aigua. La seva pressió dependrà de la diferència de nivells.
És interessant que generalment es conserva el moviment caòtic dels electrons sota l'acció d'un camp elèctric, però el vector general de moviment de la massa dels portadors de càrrega adquireix un caràcter dirigit. Si la component "caòtica" del moviment té una velocitat de diverses desenes o fins i tot centenars de quilòmetres per segon, aleshores la component direccional és de diversos mil·límetres per minut. Però l'impacte (quan els electrons es mouen al llarg del conductor) es propaga a la velocitat de la llum, de manera que diuen que el corrent elèctric es mou a una velocitat de 3 * 108 m/seg.
En el marc de l'experiment anterior, el corrent al conductor no existirà durant molt de temps, fins que s'esgotin l'excés d'electrons del conductor carregat negativament i el seu nombre als dos pols no estigui equilibrat. Aquest temps és petit: fraccions insignificants de segon.
Tornar a l'elèctrode inicialment carregat negativament i crear un excés de càrrega en els portadors no dóna el mateix camp elèctric que va moure els electrons de menys a més. Per tant, hi ha d'haver una força externa que actuï contra la força del camp elèctric i la superi.De manera semblant a l'aigua, hi ha d'haver una bomba que bomba l'aigua cap al nivell superior per crear un flux continu d'aigua.
Direcció actual
La direcció de més a menys es pren com la direcció del corrent, és a dir, la direcció del moviment de les partícules carregades positivament és oposada al moviment dels electrons. Això es deu al fet que el mateix fenomen del corrent elèctric es va descobrir molt abans que es va rebre una explicació de la seva naturalesa, i es creia que el corrent va en aquesta direcció. En aquell moment, s'havien acumulat un gran nombre d'articles i altra literatura sobre aquest tema, van aparèixer conceptes, definicions i lleis. Per no revisar una gran quantitat de material ja publicat, simplement hem pres la direcció del corrent contra el flux d'electrons.
Si el corrent flueix tot el temps en una direcció (fins i tot canviant de força), es diu corrent continu. Si la seva direcció canvia, estem parlant de corrent altern. En l'aplicació pràctica, la direcció canvia segons alguna llei, per exemple, segons una de sinusoïdal. Si la direcció del flux de corrent es manté sense canvis, però periòdicament baixa a zero i augmenta fins a un valor màxim, estem parlant d'un corrent polsat (de diverses formes).
Condicions necessàries per mantenir el corrent elèctric en el circuit
Més amunt es deriven tres condicions per a l'existència d'un corrent elèctric en un circuit tancat. Cal considerar-los amb més detall.
Portadors de càrrega gratuïta
La primera condició necessària per a l'existència d'un corrent elèctric és la presència de portadors de càrrega lliures. Les càrregues no existeixen per separat dels seus portadors, per la qual cosa cal tenir en compte les partícules que poden portar una càrrega.
En metalls i altres substàncies amb un tipus de conductivitat similar (grafit, etc.), aquests són electrons lliures. Interaccionen dèbilment amb el nucli, i poden abandonar l'àtom i moure's relativament sense obstacles dins del conductor.
Els electrons lliures també serveixen com a portadors de càrrega en els semiconductors, però en alguns casos parlen de conductivitat "forat" d'aquesta classe de sòlids (en contraposició a "electrònica"). Aquest concepte només es necessita per descriure processos físics, de fet, el corrent en els semiconductors és el mateix moviment dels electrons. Són materials en què els electrons no poden sortir de l'àtom dielèctrics. No hi ha corrent en ells.
En els líquids, els ions positius i negatius porten càrrega. Això es refereix a líquids - electròlits. Per exemple, aigua en què es dissol la sal. Per si mateixa, l'aigua és elèctricament força neutra, però quan hi entren substàncies sòlides i líquides, es dissolen i es dissocien (es descomponen) per formar ions positius i negatius. I en els metalls fosos (per exemple, en el mercuri), els portadors de càrrega són els mateixos electrons.
Els gasos són majoritàriament dielèctrics. No hi ha electrons lliures: els gasos estan formats per àtoms i molècules neutres. Però si el gas està ionitzat, parlen del quart estat d'agregació de la matèria: el plasma. També hi pot circular un corrent elèctric, es produeix durant el moviment dirigit d'electrons i ions.
A més, el corrent pot fluir en el buit (l'acció de, per exemple, els tubs de buit es basa en aquest principi). Això requerirà electrons o ions.
Camp elèctric
Malgrat la presència de portadors de càrrega gratuïta, la majoria dels mitjans són elèctricament neutres. Això s'explica pel fet que les partícules negatives (electrons) i positives (protons) es troben uniformement i els seus camps es compensen mútuament. Perquè sorgeixi un camp, les càrregues s'han de concentrar en alguna àrea. Si s'han acumulat electrons a la regió d'un elèctrode (negatiu), n'hi haurà una escassetat a l'elèctrode oposat (positiu) i es generarà un camp que crea una força que actua sobre els portadors de càrrega i els obliga a moure's.
Força de tercers a portar càrrecs
I la tercera condició: hi ha d'haver una força que transporti càrregues en la direcció oposada a la direcció del camp electrostàtic, en cas contrari, les càrregues dins del sistema tancat s'equilibraran ràpidament. Aquesta força estranya s'anomena força electromotriu. El seu origen pot ser diferent.
Naturalesa electroquímica
En aquest cas, l'EMF sorgeix com a resultat de l'aparició de reaccions electroquímiques. Les reaccions poden ser irreversibles. Un exemple és una pila galvànica: una bateria coneguda. Un cop esgotats els reactius, l'EMF cau a zero i la bateria "s'asseu".
En altres casos, les reaccions poden ser reversibles. Per tant, en una bateria, els CEM també es produeixen com a resultat de reaccions electroquímiques. Però un cop finalitzat, el procés es pot reprendre: sota la influència d'un corrent elèctric extern, les reaccions tindran lloc en l'ordre invers i la bateria tornarà a estar preparada per donar corrent.
naturalesa fotovoltaica
En aquest cas, la CEM és causada per l'acció de la radiació visible, ultraviolada o infraroja sobre processos en estructures de semiconductors. Aquestes forces sorgeixen a les fotocèl·lules ("bateries solars").Sota l'acció de la llum, es genera un corrent elèctric al circuit extern.
naturalesa termoelèctrica
Si agafeu dos conductors diferents, els soldeu i escalfeu la unió, apareixerà un EMF al circuit a causa de la diferència de temperatura entre la unió calenta (la unió dels conductors) i la unió freda, els extrems oposats dels conductors. D'aquesta manera, és possible no només generar corrent, sinó també mesura la temperatura mesurant la fem emergent.
Naturalesa piezoelèctrica
Es produeix quan determinats sòlids es comprimeixen o es deformen. Un encenedor elèctric funciona amb aquest principi.
Naturalesa electromagnètica
La forma més habitual de generar electricitat industrialment és amb un generador de corrent continu o alterna. En una màquina de corrent continu, una armadura en forma de bastidor gira en un camp magnètic, travessant les seves línies de força. En aquest cas, sorgeix un EMF, depenent de la velocitat de gir del rotor i del flux magnètic. A la pràctica, s'utilitza un ancoratge a partir d'un gran nombre de voltes, formant una pluralitat de marcs connectats en sèrie. Els EMF que sorgeixen en ells sumen.
AT alternador s'aplica el mateix principi, però un imant (elèctric o permanent) gira dins del marc fix. Com a resultat dels mateixos processos a l'estator, EMF, que té forma sinusoïdal. A escala industrial, gairebé sempre s'utilitza la generació de CA: és més fàcil convertir-la per al transport i l'ús pràctic.
Una propietat interessant d'un generador és la reversibilitat.Consisteix en el fet que si s'aplica tensió als terminals del generador des d'una font externa, el seu rotor començarà a girar. Això vol dir que, segons l'esquema de connexió, la màquina elèctrica pot ser un generador o un motor elèctric.
Aquests són només els conceptes bàsics d'un fenomen com el corrent elèctric. De fet, els processos que es produeixen durant el moviment dirigit dels electrons són molt més complicats. Per entendre'ls, cal un estudi més profund de l'electrodinàmica.
Articles semblants:
