Fizica electricității: definiție, experimente, unitate de măsură

Fizica electricității este ceea ce fiecare dintre noi trebuie să facă față. În articol vom examina conceptele de bază asociate cu acesta.

Ce este electricitatea? Pentru o persoană neînsuflețită, este asociată cu un fulger de fulgere sau cu energia care alimentează televizorul și mașina de spălat. Știe că trenurile electrice folosesc energie electrică. Ce mai poate spune? Despre dependența noastră de electricitate, aceasta amintește liniile electrice. Cineva va putea da câteva exemple.

Cu toate acestea, multe alte fenomene, nu atât de evidente, dar de zi cu zi sunt legate de electricitate. Cu toate acestea, noi suntem introduși de fizică. Electricitatea (sarcinile, definițiile și formulele) începem să studiem în școală. Și învățăm multe lucruri interesante. Se pare că o inimă bătută, un atlet de alergare, un copil dormit și un pește plutitor - toate produc energie electrică.

Electroni și protoni

Să definim conceptele de bază. Din punctul de vedere al omului de știință, fizica electricității este asociată cu mișcarea electronilor și a altor particule încărcate în diverse substanțe. Prin urmare, înțelegerea științifică a naturii fenomenului care ne interesează depinde de nivelul cunoștințelor despre atomi și particulele subatomice care le compun. Cheia acestei înțelegeri este un electron mic. Atomii oricărei substanțe conțin unul sau mai mulți electroni care se deplasează în orbite diferite în jurul nucleului la fel cum planetele orbitează soarele. De obicei, numărul de electroni dintr-un atom este egal cu numărul de protoni din nucleu. Cu toate acestea, protonii, fiind mult mai grei decât electronii, pot fi considerați fixați în centrul atomului. Acest model extrem de simplificat al atomului este suficient pentru a explica elementele de bază ale unui astfel de fenomen ca fizica electricității.

Ce altceva trebuie să știu? Electronii și protonii au aceeași dimensiune încărcătura electrică (dar de semn diferit), astfel încât acestea sunt atrase unul de celălalt. Încărcarea protonului este pozitivă, iar electronul este negativ. Un atom care are mai mult sau mai puțin electroni decât de obicei se numește ion. Dacă nu există destule în atom, se numește ion pozitiv. Dacă conține excesul, se numește ion negativ.

Când un electron părăsește un atom, el dobândește o anumită încărcătură pozitivă. Un electron, lipsit de opusul său - un proton, se deplasează la alt atom sau se întoarce la primul.

De ce electronii lasă atomi?

Există mai multe motive pentru aceasta. Cea mai comună este că, sub acțiunea unui puls de lumină sau a unui electron extern, un electron care se mișcă într-un atom poate fi scos din orbită. Căldura determină oscilarea mai rapidă a atomilor. Acest lucru înseamnă că electronii pot zbura din atomul lor. În reacțiile chimice, ele se deplasează de la atom la atom.

Un bun exemplu al relației dintre activitatea chimică și cea electrică ne oferă mușchi. Fibrele lor sunt reduse prin acțiunea unui semnal electric care vine de la sistemul nervos. Curentul electric stimulează reacțiile chimice. Acestea sunt ceea ce duce la contracția musculară. Semnale electrice externe sunt adesea folosite pentru a stimula în mod artificial activitatea musculară.

conductibilitate

În unele substanțe, electronii sub acțiunea unui câmp electric extern se mișcă mai liber decât în ​​altele. Ei spun că astfel de substanțe au o bună conductivitate. Ele sunt numite conductori. Acestea includ majoritatea metalelor, gazelor încălzite și a unor lichide. Aerul, cauciucul, uleiul, polietilena și sticla nu conduc bine electricitatea. Ele sunt numite dielectrice și sunt folosite pentru a izola conductorii buni. Izolații ideali (curent absolut neconductori) nu există. În anumite condiții, electronii pot fi îndepărtați de la orice atom. Cu toate acestea, de obicei, aceste condiții sunt atât de dificil de îndeplinit încât, din punct de vedere practic, astfel de substanțe pot fi considerate neconductoare.

Familiarizarea cu astfel de științe fizică (secțiunea "Electricitate"), aflăm că există un grup special de substanțe. Acestea sunt semiconductori. Ei se comportă în parte ca dielectrici, și parțial ca dirijori. Acestea includ, în special, germaniu, siliciu, oxid de cupru. Datorită proprietăților sale, semiconductorul găsește multe aplicații. De exemplu, poate servi ca o supapă electrică: ca o supapă pentru anvelope pentru biciclete, permite încărcarea încărcărilor numai într-o singură direcție. Astfel de dispozitive se numesc redresoare. Acestea sunt utilizate atât în ​​receptoare radio miniaturate, cât și în centrale electrice mari pentru a converti AC la DC.

Căldura este o formă haotică de mișcare a moleculelor sau a atomilor, iar temperatura este o măsură a intensității acestei mișcări (în majoritatea metalelor cu scădere a temperaturii, mișcarea electronilor devine mai liberă). Aceasta înseamnă că rezistența la mișcarea liberă a electronilor scade odată cu scăderea temperaturii. Cu alte cuvinte, conductivitatea metalelor crește.

supraconductibilitate

În unele substanțe la temperaturi foarte scăzute, rezistența la fluxul de electroni dispare complet, iar electronii, care au pornit mișcarea, continuă să o facă nelimitat. Acest fenomen se numește supraconductivitate. La o temperatură de câteva grade peste valoarea absolută zero (-273 ° C), se observă în metale cum ar fi staniu, plumb, aluminiu și niobiu.

Generatoare Van de Graaf

Curriculumul școlar include diverse experimente cu electricitate. Există o serie de tipuri de generatoare, dintre care am dori să le spunem în detaliu. Generatorul Van de Graaf Se folosește pentru obținerea tensiunilor ultrahigh. Dacă un obiect care conține un exces de ioni pozitivi este plasat în interiorul containerului, atunci pe suprafața interioară a acestuia vor apărea electroni, iar în exterior - același număr de ioni pozitivi. Dacă atingem acum suprafața interioară a unui obiect încărcat, atunci toți electronii liberi îi vor trece. Cu toate acestea, la exterior, rămân costuri pozitive.

În generatorul Van de Graaff, ionii pozitivi de la sursă sunt aplicați pe banda transportoare care trece în interiorul sferei metalice. Panglica este conectată la suprafața interioară a sferei printr-un conductor sub forma unei crestături. Electronii se scurg din suprafața interioară a sferei. În exterior, apar ioni pozitivi. Efectul poate fi îmbunătățit prin utilizarea a două generatoare.

Curent electric

Cursul de fizică al școlii include un curent electric. Ce este asta? Se produce curent electric mișcarea încărcăturilor electrice. Când lampa electrică conectat la baterie, este pornit, fluxurile de curent de-a lungul firului de la un pol al bateriei la lampa, apoi prin părul său, determinându-l să strălucească, și se întoarce înapoi la al doilea fir la celălalt pol al bateriei. Dacă porniți comutatorul se va deschide circuitul - traficul curent se oprește și se stinge.

Propunerea electronilor

Curentul în majoritatea cazurilor este o mișcare ordonată a electronilor într-un metal care servește drept conductor. În toate conductorii și alte substanțe, se produce întotdeauna o mișcare aleatorie, chiar dacă curentul nu curge. Electronii din materie pot fi relativ liberi sau legați puternic. Conducătorii buni au electroni liberi care se pot mișca. Dar în conductorii săraci sau izolați, majoritatea acestor particule sunt destul de strâns legate de atomi, ceea ce le împiedică mișcarea.

Uneori, un mod natural sau artificial în conductor creează mișcarea electronilor într-o anumită direcție. Acest curent este denumit curent electric. Se măsoară în amperi (A). Purtătorii curente pot servi și ca ioni (în gaze sau soluții) și o „gaură“ (lipsa de electroni în anumite tipuri de semiconductori. recente purtători încărcate se comportă ca și pozitiv de curent electric. Pentru a forța electronii să se deplaseze într-o direcție sau alta, a necesitat o forță. În natură, sursa acesteia poate fi: expunerea la soare, efectele magnetice și reacții chimice Unele dintre ele sunt folosite pentru a produce curent electric de obicei, în acest scop sunt: ​​.. Generator folosind efecte magnetice, și element (baterie), a cărui acțiune se datorează reacțiilor chimice. forța electromotive (EMF), forțați electronii să se deplaseze în aceeași direcție de-a lungul lanțului. Mărimea EMF este măsurată în volți (V). Acestea sunt unitățile de bază de măsurare a energiei electrice.

Amploarea emf-ului și a curentului sunt legate, ca presiunea și fluxul într-un lichid. Conductele de apă sunt întotdeauna umplute cu apă sub o anumită presiune, dar apa începe să curgă numai când robinetul este deschis.

asemănător circuit electric pot fi conectate la sursa de EMF, dar curentul în el nu va curge până când nu este creată o cale prin care electronii se pot mișca. Ele pot fi, de exemplu, o lampă electrică sau un aspirator, comutatorul aici joacă rolul unui robinet care "eliberează" curentul.

Relația dintre curent și tensiune

Pe măsură ce crește tensiunea în circuit, crește și curentul. Studiind cursul fizicii, aflăm că circuitele electrice constau din mai multe secțiuni diferite: de obicei este un comutator, conductorii și aparatul este un consumator de energie electrică. Toate acestea, conectate împreună, creează rezistență la curentul electric, care (sub condiția temperaturii constante) pentru aceste componente nu se schimbă odată cu timpul, dar pentru fiecare dintre ele este diferit. Prin urmare, dacă aceeași tensiune este aplicată unui bec și unui fier, fluxul de electroni din fiecare instrument va fi diferit, deoarece rezistențele lor sunt diferite. În consecință, curentul care trece printr-o anumită secțiune a circuitului este determinat nu numai de tensiune, ci și de rezistența conductorilor și dispozitivelor.

Legea lui Ohm

Mărimea rezistenței electrice este măsurată în ohmi (Ohms) într-o știință, cum ar fi fizica. Electricitatea (formule, definiții, experimente) este un subiect amplu. Nu vom deduce formule complexe. Pentru prima cunoaștere a subiectului, este suficient să se spună mai sus. Cu toate acestea, o formulă ar trebui în continuare să fie retrasă. E simplu. Pentru orice conductor sau sistem de conductori și dispozitive, relația dintre tensiune, curent și rezistență este dată de formula: tensiunea = curentul x rezistență. Aceasta este o expresie matematică a legii lui Ohm, numită după George Ohm (1787-1854), care a stabilit pentru prima dată relația acestor trei parametri.

Fizica electricității este o secțiune foarte interesantă a științei. Am luat în considerare doar conceptele de bază asociate cu acesta. Ați învățat ce este electricitatea, cum este formată. Sperăm că aceste informații vă vor fi utile.