Pogoji za obstoj električnega toka

Za začetek odgovorimo na vprašanje, kaj je električni tok. Preprosta namizna baterija sama ne ustvarja toka. In svetilka, ki leži na mizi, ne bo ustvarila toka skozi svoje LED diode kar tako brez razloga. Da se pojavi tok, mora nekam nekaj teči, se vsaj začeti premikati, za to pa se mora skleniti tokokrog LED diod svetilke in baterije. Ne zaman, v starih časih so električni tok primerjali z gibanjem določene nabite tekočine.

Pravzaprav to zdaj vemo elektrika — to je usmerjeno gibanje nabitih delcev in da bi bil bližji analog realnosti nabit plin — plin nabitih delcev, ki se gibljejo pod vplivom električnega polja. Ampak najprej.

Električni tok je usmerjeno gibanje nabitih delcev

Torej, električni tok je gibanje nabitih delcev, a tudi kaotično gibanje nabitih delcev je prav tako gibanje, vendar še vedno ni tok.Prav tako molekule tekočine, ki so ves čas v toplotnem gibanju, ne ustvarjajo tokov, ker je skupni premik celotnega volumna tekočine v mirovanju natanko nič.

Da pride do pretoka tekočine, se mora pojaviti celotno gibanje, kar pomeni, da mora celotno gibanje molekul tekočine postati usmerjeno. Tako se bo k usmerjenemu gibanju celotne prostornine dodalo kaotično gibanje molekul in prišlo bo do pretoka celotne prostornine tekočine.

Podobno je z električnim tokom — usmerjeno gibanje električno nabitih delcev je električni tok. Hitrost toplotnega gibanja nabitih delcev, na primer v kovini, se meri v stotinah metrov na sekundo, pri usmerjenem gibanju, ko je v prevodniku nastavljen določen tok, pa se hitrost splošnega gibanja delcev meri v deli in enote milimetrov na sekundo.

Torej, če enosmerni tok, ki je enak 10 A, teče v kovinski žici s presekom 1 sq. Mm, bo povprečna hitrost urejenega gibanja elektronov od 0,6 do 6 milimetrov na sekundo. To bo že električni udar. In to počasno gibanje elektronov je dovolj, da se žica, na primer iz nikroma, dobro segreje in uboga Joule-Lenzov zakon.

Hitrost delcev ni hitrost širjenja električnega polja!

Upoštevajte, da se tok začne v žici skoraj v trenutku po celotni prostornini, to pomeni, da se to "gibanje" širi po žici s svetlobno hitrostjo, vendar je gibanje samih nabitih delcev 100 milijard krat počasnejše. Lahko razmislite o analogiji cevi, skozi katero teče tekočina.

Premikanje po cevi, dolgi 10 metrov, na primer voda.Hitrost vode je le 1 meter na sekundo, vendar se tok ne širi z enako hitrostjo, ampak veliko hitreje, hitrost širjenja pa je tu odvisna od gostote tekočine in njene elastičnosti. Tako se električno polje po žici širi s svetlobno hitrostjo, delci pa se začnejo gibati 11 velikostnih redov počasneje. Poglej tudi: Hitrost električnega toka

1. Nabiti delci so potrebni za obstoj električnega toka

Elektroni v kovinah in v vakuumu, ioni v raztopinah elektrolitov - služijo kot nosilci naboja in zagotavljajo prisotnost toka v različnih snoveh. V kovinah so elektroni zelo mobilni, nekateri se lahko prosto gibljejo od atoma do atoma, kot plin, ki zapolnjuje prostor med vozlišči kristalne mreže.

V elektronskih elektronkah elektroni med termionskim sevanjem zapustijo katodo in pod vplivom električnega polja hitijo do anode. V elektrolitih molekule v vodi razpadejo na pozitivno in negativno nabite dele in postanejo prosti nosilci naboja v elektrolitih. To pomeni, da kjerkoli lahko obstaja električni tok, obstajajo prosti nosilci naboja, ki se lahko premikajo električno polje… To je prvi pogoj za obstoj električnega toka — prisotnost prostih nosilcev naboja.

2. Drugi pogoj za obstoj električnega toka je, da morajo na naboj delovati zunanje sile

Če zdaj pogledate žico, recimo, da je to bakrena žica, potem se lahko vprašate: kaj je potrebno, da v njej nastane električni tok? Obstajajo nabiti delci, elektroni, ki se lahko prosto gibljejo.

Kaj jih bo premaknilo? Znano je, da električno nabit delec interagira z električnim poljem. Zato je treba v žici ustvariti električno polje, nato se bo na vsaki točki žice pojavil potencial, med koncema žice bo potencialna razlika in elektroni se bodo premikali v smeri polja - v smer od «-» do «+», to je v smeri, ki je nasprotna vektorju električne poljske jakosti. Električno polje bo pospešilo elektrone in povečalo njihovo (kinetično in magnetno) energijo.

Kot rezultat, če upoštevamo električno polje, ki je preprosto uporabljeno od zunaj na žico (žico smo postavili v električno polje vzdolž silnice), se bodo elektroni kopičili na enem koncu žice in na tem se bo pojavil negativni naboj koncu, in ker se elektroni premaknejo z drugega konca žice, bo na njem pozitiven naboj.

Zaradi tega bo električno polje prevodnika, nabitega z zunanjim električnim poljem, v taki smeri, da oslabi zunanje električno polje zaradi svojega delovanja.

Proces prerazporeditve nabojev se bo nadaljeval skoraj v trenutku in po njegovem zaključku se bo tok v žici ustavil. Nastalo električno polje znotraj prevodnika bo postalo nič, sila na koncih pa bo enaka po velikosti, a v nasprotni smeri električnemu polju, ki deluje od zunaj.

Če električno polje v prevodniku ustvari vir enosmernega toka, na primer baterija, potem bo tak vir postal vir zunanjih sil za prevodnik, to je vir, ki bo v prevodniku ustvaril konstanten EMF. in ohrani potencialno razliko.Očitno mora biti tokokrog sklenjen, da bi tok vzdrževal zunanji vir sile.