Condicions per a l'existència de corrent elèctric

Per començar, responem a la pregunta de què és el corrent elèctric. Una bateria simple de sobretaula no genera corrent per si sola. I una llanterna estirada sobre una taula no crearà corrent a través dels seus LED sense cap motiu. Perquè aparegui corrent, alguna cosa ha de fluir per algun lloc, almenys començar a moure's, i per això s'ha de tancar el circuit dels LED de la llanterna i la bateria. No en va, antigament el corrent elèctric es comparava amb el moviment d'un determinat líquid carregat.

De fet, ara ho sabem electricitat - aquest és el moviment dirigit de partícules carregades, i que un anàleg més proper a la realitat seria un gas carregat: un gas de partícules carregades que es mouen sota l'acció d'un camp elèctric. Però primer és el primer.

El corrent elèctric és el moviment dirigit de partícules carregades

Per tant, el corrent elèctric és el moviment de les partícules carregades, però fins i tot el moviment caòtic de les partícules carregades també és moviment, però encara no és actual.De la mateixa manera, les molècules de fluid que estan en moviment tèrmic tot el temps no creen corrents perquè el desplaçament total de tot el volum de fluid en repòs és exactament zero.

Perquè es produeixi un flux de fluid, s'ha de produir el moviment global, és a dir, el moviment global de les molècules de fluid s'ha de dirigir. Així, el moviment caòtic de les molècules s'afegirà al moviment dirigit de tot el volum, i es produirà un flux de tot el volum del líquid.

La situació és similar amb el corrent elèctric: el moviment dirigit de les partícules carregades elèctricament és un corrent elèctric. La velocitat del moviment tèrmic de les partícules carregades, per exemple, en el metall, es mesura en centenars de metres per segon, però en el moviment direccional, quan s'estableix un determinat corrent al conductor, la velocitat del moviment general de les partícules es mesura en parts i unitats de mil·límetres per segon.

Per tant, si un corrent continu igual a 10 A flueix en un cable metàl·lic amb una secció transversal d'1 m², aleshores la velocitat mitjana del moviment ordenat dels electrons serà de 0,6 a 6 mil·límetres per segon. Això ja serà una descàrrega elèctrica. I aquest moviment lent dels electrons és suficient perquè un cable, per exemple, de nicrom, s'escalfi bé, obeint La llei de Joule-Lenz.

La velocitat de les partícules no és la velocitat de propagació d'un camp elèctric!

Tingueu en compte que el corrent comença al cable gairebé instantàniament al llarg de tot el volum, és a dir, aquest "moviment" s'estén al llarg del cable a la velocitat de la llum, però el moviment de les partícules carregades és 100.000 milions de vegades més lent. Podeu considerar l'analogia d'una canonada amb líquid que hi flueix.

Desplaçament per una canonada de 10 metres de llarg, per exemple aigua.La velocitat de l'aigua és de només 1 metre per segon, però el flux no s'estén a la mateixa velocitat, sinó molt més ràpid, i la velocitat de propagació aquí depèn de la densitat del líquid i la seva elasticitat. Així, el camp elèctric es propaga al llarg del cable a la velocitat de la llum i les partícules comencen a moure's 11 ordres de magnitud més lent. Vegeu també: Velocitat del corrent elèctric

1. Les partícules carregades són necessàries per a l'existència de corrent elèctric

Electrons en metalls i al buit, ions en solucions d'electròlits: serveixen com a portadors de càrrega i asseguren la presència de corrent en diverses substàncies. En els metalls, els electrons són molt mòbils, alguns d'ells es poden moure lliurement d'àtom a àtom, com un gas que omple l'espai entre els nodes d'una xarxa cristal·lina.

En els tubs electrònics, els electrons surten del càtode durant la radiació termoiònica, corrent sota l'acció d'un camp elèctric cap a l'ànode. En els electròlits, les molècules es descomponen a l'aigua en parts carregades positivament i negativament i queden lliures d'ions portadors de càrrega en els electròlits. És a dir, allà on hi pugui haver corrent elèctric, hi ha portadors de càrrega lliures que es poden moure. camp elèctric… Aquesta és la primera condició per a l'existència de corrent elèctric: la presència de portadors de càrrega lliure.

2. La segona condició per a l'existència d'un corrent elèctric és que han d'actuar forces externes sobre la càrrega

Si ara mireu un cable, posem per cas que és un cable de coure, llavors us podeu preguntar: què necessita perquè hi passi un corrent elèctric? Hi ha partícules carregades, electrons, són capaços de moure's lliurement.

Què els farà moure? Se sap que una partícula carregada elèctricament interacciona amb un camp elèctric. Per tant, s'ha de crear un camp elèctric al cable, llavors sorgirà un potencial a cada punt del cable, hi haurà una diferència de potencial entre els extrems del cable i els electrons es mouran en la direcció del camp, en la direcció de «-» a «+», és a dir, en una direcció oposada al vector d'intensitat del camp elèctric. El camp elèctric accelerarà els electrons, augmentant la seva energia (cinètica i magnètica).

Com a resultat, si considerem un camp elèctric simplement aplicat externament al cable (hem col·locat el cable en un camp elèctric al llarg de les línies de força), aleshores els electrons s'acumularan en un extrem del cable i apareixerà una càrrega negativa en aquest punt. extrem, i com que els electrons es mouen des de l'altre extrem del cable, llavors hi haurà una càrrega positiva.

Com a resultat, el camp elèctric d'un conductor carregat per un camp elèctric aplicat externament estarà en una direcció tal que debiliti el camp elèctric extern de la seva acció.

El procés de redistribució de càrregues continuarà gairebé instantàniament i després de la seva finalització el corrent al cable s'aturarà. El camp elèctric resultant dins del conductor esdevindrà zero, i la força als extrems serà igual en magnitud però oposada en sentit al camp elèctric aplicat externament.

Si el camp elèctric del conductor és creat per una font de corrent continu, per exemple, una bateria, llavors aquesta font es convertirà en una font de forces externes per al conductor, és a dir, una font que crearà un EMF constant al conductor. i mantenir la diferència de potencial.Evidentment, perquè el corrent es mantingui per una font de força externa, el circuit ha d'estar tancat.