Mișcarea direcțională a particulelor încărcate: definiție, caracteristici, proprietăți fizice și aplicații

Ce este mișcarea dirijată a particulelor încărcate?? Pentru mulți, acesta este un domeniu confuz, dar este de fapt foarte simplu. Când vorbesc despre mișcarea direcțională a particulelor încărcate, se referă la curentul. Să ne uităm la caracteristicile sale de bază și la formularea sa, precum și la problemele de securitate la locul de muncă cu ea.

Informații generale

Începem cu o definiție. Curentul electric se referă întotdeauna la mișcarea ordonată (dirijată) a particulelor încărcate, care se realizează sub acțiunea unui câmp electric. Ce obiecte pot fi luate în considerare în acest caz? Particulele se referă la electroni, ioni, protoni, găuri. De asemenea, este important să știți care este curentul. Aceasta denotă numărul de particule încărcate care trec printr-o secțiune transversală a unei molecule Secțiunea transversală a unui conductor per unitate de timp.

Natura fenomenului

Toate substanțele fizice sunt alcătuite din molecule care sunt formate din atomi. De asemenea, ele nu sunt un material finit, deoarece au elemente în ele (nucleul și electronii care se rotesc în jurul acestuia). Toate reacțiile chimice sunt însoțite de o mișcare de particule. De exemplu, atunci când sunt implicați electroni, unii atomi vor fi lipsiți de ei, în timp ce alții vor avea un exces de electroni. În acest caz, substanțele au sarcini opuse. Dacă are loc un contact, electronii de la unul vor tinde să se deplaseze la celălalt.

Această natură fizică a particulelor elementare explică natura curentului electric. Această mișcare direcțională de particule încărcate va continua până când valorile se vor egaliza. Reacția de schimbare este o reacție în lanț. Cu alte cuvinte, în locul unui electron dispărut, un alt electron îi ia locul. Pentru înlocuire se utilizează particule de la un atom vecin. Dar nici acesta nu este capătul lanțului. De asemenea, un electron poate ajunge la atomul cel mai exterior, de exemplu de la polul negativ al sursei de curent care circulă.

Un exemplu de astfel de situație ar fi o baterie. De la polul negativ al conductorului, electronii se deplasează spre polul pozitiv al sursei. Când toate particulele din componenta contaminată negativ se termină, atunci curentul se oprește. În acest caz, se spune că bateria este "sâmbătă". Care este viteza mișcării direcționale a particulelor încărcate care se deplasează în acest mod?? Răspunsul la această întrebare nu este atât de ușor pe cât pare la prima vedere.

Rolul tensiunii

Pentru ce se utilizează acest concept? Tensiunea este o caracteristică a unui câmp electric, care reprezintă diferența de potențial între două puncte din interiorul acestuia. S-ar putea să nu fie foarte clar pentru mulți oameni. Când vine vorba de mișcarea direcțională (ordonată) a particulelor încărcate, trebuie să înțelegem tensiunea.

Să presupunem că avem un conductor simplu. Poate fi un fir de metal, cum ar fi cuprul sau aluminiul. În cazul nostru, nu este atât de important. Masa unui electron este 9.10938215(45)×10^-31kg. Asta înseamnă că este destul de tangibil. Dar metalul conductorului este solid. Atunci cum pot trece electronii prin ea?

De ce există un curent într-un produs metalic?

Să ne întoarcem la elementele de bază ale chimiei, pe care fiecare dintre noi a avut ocazia să le studieze la școală. Dacă numărul de electroni este egal cu numărul de protoni din substanță, atunci neutralitatea elementului este asigurată. Pe baza legii periodice a lui Mendeleev, se determină cu ce fel de substanță avem de-a face. Depinde de numărul de protoni și neutroni. Nu poți ignora diferența mare dintre masele nucleului și a electronilor. Dacă le îndepărtați, atunci greutatea atomului rămâne practic neschimbată.

De exemplu, masa unui proton este cu aproximativ 1836 mai mare decât cea a unui electron. Dar aceste particule microscopice sunt foarte importante, pentru că pot părăsi cu ușurință un atom și se pot alătura altui atom. Dar dacă mărim sau micșorăm numărul lor, se modifică sarcina atomului. Dacă luăm în considerare un atom ca atare, numărul de electroni va fi întotdeauna variabil. Îl părăsesc în mod constant și se întorc din nou. Acest lucru se datorează mișcării termice și pierderii de energie.

Specificitatea chimică a fenomenului fizic

Atunci când există o mișcare dirijată a particulelor încărcate electric, masa atomică? Nu se schimbă compoziția conductorului? Aceasta este o concepție greșită foarte importantă care îi confundă pe mulți. Răspunsul în acest caz este doar negativ. Acest lucru se datorează faptului că elementele chimice nu sunt definite de masa lor atomică, ci de numărul de protoni prezenți în nucleu. Prezența sau absența electronilor/neutronilor nu contează în acest caz. În practică, arată astfel:

• Adăugăm sau scădem electroni. Primești un ion.
• Adăugăm sau scădem neutroni. Se obține un izotop.

Elementul chimic nu se schimbă. Dar în cazul protonilor, situația este diferită. Dacă există doar unul singur, ne uităm la hidrogen. Doi protoni și vorbim de heliu. Cele trei particule sunt litiu. Și așa mai departe. Dacă vă interesează să continuați, puteți căuta tabelul lui Mendeleev. Nu uitați: chiar dacă se trece un curent printr-o mie de ori printr-un conductor, compoziția chimică a acestuia nu se va schimba. Dar s-ar putea să nu fie așa.

Electroliți și alte puncte interesante

Particularitatea electroliților este că este compoziția lor chimică care se schimbă. Apoi, sub influența curentului, elementele din electrolit sunt eliberate din soluție. Când potențialul lor este epuizat, mișcarea direcționată a particulelor încărcate se oprește. Acest lucru se datorează faptului că purtătorii de sarcină din electroliți sunt ioni.

Există, de asemenea, elemente chimice care nu au deloc electroni. Următoarele pot fi citate ca exemplu:

• Hidrogenul atomic cosmic.
• Toate substanțele aflate în stare de plasmă.
• Gazele din straturile superioare ale atmosferei (nu numai pe Pământ, ci și pe alte planete unde există mase de aer).
• Conținutul acceleratoarelor și al acceleratoarelor de coliziuni.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că unele substanțe chimice se pot dezintegra literalmente sub influența curentului electric. Un exemplu bine cunoscut este siguranța. Cum arată la nivel micro? Electronii în mișcare împing atomii în calea lor. Dacă curentul este foarte puternic, rețeaua cristalină a conductorului nu poate rezista și substanța se topește.

Înapoi la viteză

Anterior, acest aspect a fost abordat în mod superficial. Acum să acordăm mai multă atenție. Trebuie remarcat faptul că nu există conceptul de viteză direcțională a particulelor încărcate sub formă de curent electric. Acest lucru se datorează faptului că diferite cantități sunt interconectate. De exemplu, un câmp electric se propagă printr-un conductor cu o viteză apropiată de mișcarea luminii, adică aproximativ 300.000 de kilometri pe secundă.

Toți electronii încep să se miște sub influența sa. Dar viteza lor este foarte mică. Este de aproximativ 0,007 milimetri pe secundă. De asemenea, se agită haotic într-o mișcare termică. În cazul protonilor și neutronilor, situația este diferită. Sunt prea mari pentru a fi afectate de aceleași evenimente. De regulă, nu putem vorbi despre viteza lor ca fiind apropiată de valoarea luminii.

Parametrii fizici

Acum să vedem care este mișcarea particulelor încărcate într-un câmp electric din punct de vedere fizic. Pentru aceasta, să ne imaginăm că avem o cutie de carton în care se află 12 sticle de băutură carbogazoasă. Și există o încercare de a pune un alt container acolo. Să presupunem că a reușit. Dar cutia abia dacă putea să țină. Dacă încercați să puneți o altă sticlă în el, se sparge și toate recipientele cad.

Cutia în cauză poate fi comparată cu secțiunea transversală a unui conductor. Cu cât parametrul este mai mare (cu cât firul este mai gros), cu atât mai mult curent poate transporta. Aceasta determină, ce volum poate avea o mișcare direcțională a particulelor încărcate. În cazul nostru, o cutie care conține între una și douăsprezece sticle poate servi în siguranță scopului său (nu se va sparge). Prin analogie, putem spune că un conductor nu se va arde.

În cazul în care valoarea indicată este depășită, obiectul va eșua. În cazul unui conductor, intervine rezistența. Legea lui Ohm descrie foarte bine mișcarea direcțională a particulelor încărcate electric.

Corelația dintre diferiții parametri fizici

Deasupra cutiei din exemplul nostru putem pune o altă cutie. În acest caz, zona va putea găzdui nu doar 12, ci toate cele 24 de sticle, în loc de 12. Adăugați încă unul și sunt treizeci și șase. Una dintre cutii poate fi considerată ca o unitate fizică, analogă unei tensiuni.

Cu cât este mai largă (scăzând astfel rezistența), cu atât mai multe sticle (care în exemplul nostru înlocuiesc curentul) pot fi plasate. Prin creșterea stivei de cutii este posibilă plasarea unor capacități suplimentare pe unitatea de suprafață. În acest caz, capacitatea crește. Nu distruge cutia (conductorul). Iată ce reiese pe scurt din această analogie:

• Numărul total de sticle crește puterea.
• Numărul de capacități din cutie reprezintă puterea curentului.
• Numărul de cutii în înălțime oferă o indicație a tensiunii.
• Lățimea cutiei oferă o indicație a rezistenței.

Pericole posibile

Am stabilit deja că mișcarea direcțională a particulelor încărcate se numește curent. Trebuie remarcat faptul că acest fenomen poate fi periculos pentru Sănătate și chiar viața. Iată o scurtă listă a proprietăților curentului electric

• Furnizează căldură conductorului prin care circulă. Dacă o rețea electrică de uz casnic este suprasolicitată, izolația se va carboniza și se va destrăma treptat. Consecința este posibilitatea unui scurtcircuit, care este foarte periculos.
• Curentul electric, în timp ce trece prin aparate și fire, întâlnește rezistența elementelor de formare. Deci, el alege calea care are valoarea minimă a acestui parametru.
• Dacă apare un scurtcircuit, curentul crește brusc. În acest proces se degajă o cantitate considerabilă de căldură. Poate topi metalul.
• Scurtcircuitarea poate rezulta din pătrunderea umezelii. În cazurile discutate anterior, obiectele din apropiere iau foc, dar oamenii sunt întotdeauna afectați.
• Șocul electric reprezintă un risc semnificativ. Poate fi chiar fatal. Atunci când curentul electric trece prin corpul uman, rezistența țesuturilor este mult redusă. Începe să se încălzească. Distruge celulele și provoacă moartea terminațiilor nervoase.

Probleme de siguranță

Pentru a evita efectele curenților electrici trebuie utilizat un echipament de protecție special. Lucrările trebuie efectuate cu mănuși de cauciuc, un covor de protecție, tije de descărcare și instalații de împământare a posturilor de lucru și a mașinilor.

Întrerupătoarele cu diferite clase de protecție s-au dovedit a fi un dispozitiv de salvare a vieții.

Nu trebuie să uităm nici de elementarul măsuri de siguranță la locul de muncă. Dacă izbucnește un incendiu care implică echipamente electrice, se vor folosi numai dioxidul de carbon și stingătoare de incendiu cu pulbere. Acestea din urmă se comportă mai bine împotriva incendiilor, dar aparatele prăfuite nu pot fi întotdeauna reparate.

Concluzie

Am învățat prin exemple, pe care orice cititor le poate înțelege, că mișcarea ordonată și dirijată a particulelor încărcate se numește curent electric. Acesta este un fenomen foarte interesant, important atât din punct de vedere al fizicii, cât și al chimiei. Curentul electric este un ajutor neobosit al corpului uman. Dar trebuie manevrat cu grijă. Articolul se referă la aspectele de siguranță care trebuie luate în considerare, dacă nu dacă vrei să-ți pierzi viața.