Voorwaarden voor het bestaan ​​van elektrische stroom

Laten we om te beginnen de vraag beantwoorden wat elektrische stroom is. Een simpele tafelaccu wekt zelf geen stroom op. En een zaklamp die op een tafel ligt, zal niet zonder reden stroom door zijn LED's laten gaan. Om stroom te laten verschijnen, moet er ergens iets vloeien, in ieder geval beginnen te bewegen, en daarvoor moet het circuit van de LED's van de zaklamp en de batterij sluiten. Niet voor niets werd vroeger elektrische stroom vergeleken met de beweging van een bepaalde geladen vloeistof.

In feite weten we dit nu elektriciteit - dit is de gerichte beweging van geladen deeltjes, en dat een meer analoog aan de werkelijkheid een geladen gas zou zijn - een gas van geladen deeltjes dat beweegt onder invloed van een elektrisch veld. Maar de eerste dingen eerst.

Elektrische stroom is de gerichte beweging van geladen deeltjes

Elektrische stroom is dus de beweging van geladen deeltjes, maar zelfs de chaotische beweging van geladen deeltjes is ook beweging, maar nog steeds geen stroom.Evenzo creëren vloeistofmoleculen die de hele tijd in thermische beweging zijn geen stromingen omdat de totale verplaatsing van het volledige vloeistofvolume in rust precies nul is.

Om een ​​vloeistofstroom te laten plaatsvinden, moet er algehele beweging plaatsvinden, dat wil zeggen dat de algehele beweging van de vloeistofmoleculen gericht moet worden. Zo zal de chaotische beweging van de moleculen worden toegevoegd aan de gerichte beweging van het hele volume, en zal er een stroom van het hele volume van de vloeistof optreden.

De situatie is vergelijkbaar met elektrische stroom - de gerichte beweging van elektrisch geladen deeltjes is een elektrische stroom. De snelheid van thermische beweging van geladen deeltjes, bijvoorbeeld in metaal, wordt gemeten in honderden meters per seconde, maar bij gerichte beweging, wanneer een bepaalde stroom in de geleider wordt gezet, wordt de snelheid van de algemene beweging van deeltjes gemeten in delen en eenheden van millimeters per seconde.

Dus als een gelijkstroom gelijk aan 10 A stroomt in een metalen draad met een doorsnede van 1 vierkante mm, dan is de gemiddelde snelheid van de geordende beweging van elektronen van 0,6 tot 6 millimeter per seconde. Dit zal al een elektrische schok zijn. En deze langzame beweging van elektronen is genoeg voor een draad, bijvoorbeeld van nichroom, om goed op te warmen, gehoorzamend aan De wet van Joule-Lenz.

Deeltjessnelheid is niet de voortplantingssnelheid van een elektrisch veld!

Merk op dat de stroom bijna onmiddellijk door het hele volume in de draad begint, dat wil zeggen, deze "beweging" verspreidt zich langs de draad met de snelheid van het licht, maar de beweging van de geladen deeltjes zelf is 100 miljard keer langzamer. Je kunt de analogie beschouwen van een pijp waar vloeistof doorheen stroomt.

Verplaatsen langs een leiding van 10 meter lang, bijvoorbeeld water.De snelheid van water is slechts 1 meter per seconde, maar de stroom verspreidt zich niet met dezelfde snelheid, maar veel sneller, en de verspreidingssnelheid hangt hier af van de dichtheid van de vloeistof en de elasticiteit ervan. Het elektrische veld plant zich dus met de snelheid van het licht langs de draad voort en de deeltjes beginnen 11 ordes van grootte langzamer te bewegen. Zie ook: Snelheid van elektrische stroom

1. Geladen deeltjes zijn nodig voor het bestaan ​​van elektrische stroom

Elektronen in metalen en in vacuüm, ionen in elektrolytoplossingen - dienen als ladingsdragers en zorgen voor de aanwezigheid van stroom in verschillende stoffen. In metalen zijn elektronen erg mobiel, sommige kunnen vrij van atoom naar atoom bewegen, zoals een gas dat de ruimte tussen de knooppunten van een kristalrooster vult.

In elektronenbuizen verlaten elektronen de kathode tijdens thermionische straling en snellen ze onder invloed van een elektrisch veld naar de anode. In elektrolyten breken moleculen in water uiteen in positief en negatief geladen delen en worden ladingdrager-ionen in elektrolyten. Dat wil zeggen, overal waar een elektrische stroom kan bestaan, zijn er vrije ladingdragers die kunnen bewegen elektrisch veld… Dit is de eerste voorwaarde voor het bestaan ​​van elektrische stroom — de aanwezigheid van vrije ladingsdragers.

2. De tweede voorwaarde voor het bestaan ​​van een elektrische stroom is dat externe krachten op de lading moeten inwerken

Als je nu naar een draad kijkt, laten we zeggen een koperdraad, dan kun je je afvragen: wat is er voor nodig om er een elektrische stroom in te laten ontstaan? Er zijn geladen deeltjes, elektronen, ze kunnen vrij bewegen.

Wat zal hen in beweging brengen? Van een elektrisch geladen deeltje is bekend dat het interageert met een elektrisch veld. Daarom moet er een elektrisch veld in de draad worden gecreëerd, dan zal er een potentiaal ontstaan ​​op elk punt van de draad, zal er een potentiaalverschil zijn tussen de uiteinden van de draad en zullen de elektronen in de richting van het veld bewegen - in de richting van «-» naar «+», dat wil zeggen in een richting tegengesteld aan de elektrische veldsterktevector. Het elektrische veld zal de elektronen versnellen, waardoor hun (kinetische en magnetische) energie toeneemt.

Als gevolg hiervan, als we een elektrisch veld beschouwen dat simpelweg extern op de draad wordt aangelegd (we hebben de draad in een elektrisch veld geplaatst langs de krachtlijnen), dan zullen elektronen zich ophopen aan het ene uiteinde van de draad en zal daar een negatieve lading verschijnen. uiteinde, en aangezien de elektronen van het andere uiteinde van de draad worden verplaatst, zal er een positieve lading op staan.

Als gevolg hiervan zal het elektrische veld van een geleider die wordt opgeladen door een extern aangelegd elektrisch veld in een zodanige richting zijn dat het externe elektrische veld door zijn werking wordt verzwakt.

Het proces van herverdeling van ladingen zal bijna onmiddellijk doorgaan en na voltooiing zal de stroom in de draad stoppen. Het resulterende elektrische veld in de geleider wordt nul en de kracht aan de uiteinden zal even groot zijn maar tegengesteld in richting aan het elektrische veld dat extern wordt aangelegd.

Als het elektrische veld in de geleider wordt gecreëerd door een gelijkstroombron, bijvoorbeeld een batterij, dan wordt zo'n bron een bron van externe krachten voor de geleider, dat wil zeggen een bron die een constante EMF in de geleider zal creëren en behoud het potentiaalverschil.Om de stroom door een externe krachtbron in stand te houden, moet het circuit natuurlijk gesloten zijn.