умови існування електричного струму, які умови


Електричний струм в різних середовищах

Одним з параметрів, що характеризують електричний струм, є його провідність, яка змінюється в залежності від зовнішніх умов. У кожному конкретному випадку ступінь провідності може змінюватися, тому, для вивчення і більш глибокого розуміння процесів, що протікають використовується таблиця електричного струму в середовищах. З її допомогою можна більш наочно дізнатися і уявити собі, якими якостями володіє електричний струм в тих чи інших випадках.

Фактично, електричний струм може протікати в п’яти різних видах середовища:

  1. Метали.
  2. Вакуум.
  3. Напівпровідники.
  4. Рідини.
  5. Гази.

Електричний струм в металах

Електричний струм в металах є впорядкований рух електронів, які переміщуються в зазначеному напрямку під впливом електричного поля. Численні проведені досліди показали, що в процесі перетікання струмів іони самого металу залишаються на місці і участі в переміщенні заряду не приймають. Всі метали, що знаходяться в твердому стані, зазвичай мають кристалічну будову. Позитивні іони закріплені у вузлах кристалічної решітки, а все інше простір заповнений вільними електронами.

Електрони ніяк не пов’язані з ядрами. При цьому ситуація всередині металу врівноважена, так як сумарний негативний заряд вільних електронів в нормальному стані за своїм абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх іонів, що складають структуру решітки. Таким чином метали в звичайному своєму стані електрично нейтральні, і всі вільні електрони всередині структури здійснюють хаотичний рух.

Як тільки в металі формується електричне поле, вільні електрони починають, поз впливом зовнішніх електричних сил, здійснювати спрямований рух. Так з’являється електричний струм. Примітно, що спрямований рух цих електронів триває в хаотичному порядку.

Як тільки в провіднику виникне електричне поле, воно поширюється по всій довжині провідника з величезною швидкістю (швидкість переміщення електричного струму близька до швидкості світла, а це 300 тисяч км. В секунду)!

Електричний струм в вакуумному середовищі

Відмітна особливість вакууму – відсутність заряджених частинок. Фактично – це діелектрик. Вільні електрони в величезних кількостях присутні в металах. Якщо температура навколишнього середовища близька до кімнатної, електрони (відповідно до законів кулонівського тяжіння) не можуть покинути метал, залишаючись в його структурі. Але як тільки починається процес нагрівання металу, з нього у великих кількостях починають вилітати електрони. Цей процес отримав назву термоелектронна емісія. Щоб ініціювати її в вакуум в якості одного з електродів поміщають найтоншу дротяну нитка, виготовлену з особливо тугоплавкого типу металу (це, так звана, нитка розжарення). При підключенні до джерела живлення з цієї нитки починають вилітати розпечені електрони, які потрапляють в електричне поле, розташоване між двома електродами. Починається впорядкований рух, створюється електричний струм.

Дане явище послужило основою для роботи електронних ламп, діодів, тріодів, що працюють в вакуумі.

Електричний струм в середовищах-напівпровідниках

Напівпровідники – це речовини, що знаходяться в якомусь середньому стані між провідниками і діелектриками. (Типовий приклад – кристали кремнію або германію). Тут при з’єднанні атомів один з одним існує ковалентний зв’язок. Цей зв’язок порушується в момент нагрівання матеріалу, а атоми іонізуються. В результаті з’являється все більше вільних електронів, а також вільних місць ( «дірок») позитивного заряду.

Подібним чином «дірки» з’являються і в сусідніх атомах. Більш того, ці дірки, поряд з вільними електронами починають вільно переміщатися по кристалу. В результаті, після приміщення кристала в електричне поле, починається впорядкований рух перерахованих вище частинок, виникає електричний струм.

Електричний струм в різних середовищах: рідини

Рідкими провідниками другого типу вважаються розчини солей, підстав і кислот. Відзначимо, що в даному переліку відсутня вода. Справа в тому, що в чистому вигляді молекули в воді мають полярність, що притаманне діелектриків. Таким чином для створення умов існування електричного струму в рідини необхідно привнести ззовні речовина, яке і надасть вільні носії для переміщення заряду.

Електричний струм в різних середовищах: гази

У нормальних стандартних умовах гади представляють собою нейтральні молекули, які по суті є діелектриками. Щоб отримати струм, необхідно відірвати молекули від атома, «іонізувати» середу. Це досягається як методом нагріву, так і різними способами опромінення. В результаті, формується три типи носіїв зарядів

  • позитивні іони;
  • негативні іони;
  • електрони.

Впорядкований рух цих частинок також починається під впливом зовнішнього електричного поля. Але тут спостерігається різноспрямований рух, одні рухаються до катода, інші – до анода.

загальні висновки

Таким чином, розглядаючи тему як поширюється електричний струм в різних середовищах, можна відзначити: в газах впорядкований рух починається під впливом електричного поля.

Електричний струм в різних середовищах – розчини і розплави електролітів. Багато електроліти в звичайному своєму стані є діелектриками. Але після розчинення їх у воді, ці речовини стають провідниками. Даний процес отримав назву електролітичноїдисоціації. Електричний струм в різних середовищах розчином протікає під впливом зовнішнього електрополя. При цьому одні іони рухаються до катода, а інші – до анода.

Підведемо підсумок

Найбільш наочно допомагає побачити, як протікає електричний струм в різних середовищах таблиця. Очевидно, що умови протікання залежать від структури матеріалу, але процес завжди починається під впливом зовнішніх.

Ссылка на основную публикацию