Kāda ir lādētu daļiņu virzīta kustība? Daudziem šī ir nesaprotama joma, bet patiesībā viss ir ļoti vienkārši. Tātad, kad viņi runā par lādētu daļiņu virzītu kustību, viņi domā strāvu. Apskatīsim tā galvenās īpašības un formulējumus, kā arī apsveriet drošības problēmas, strādājot ar to.
Vispārīga informācija
Sāciet ar definīciju. Ar elektrisko strāvu vienmēr saprot lādētu daļiņu sakārtotu (virzītu) kustību, kas tiek veikta elektriskā lauka ietekmē. Kādus objektus var uzskatīt šajā gadījumā? Daļiņas nozīmē elektronus, jonus, protonus, caurumus. Ir arī svarīgi zināt, kāds ir pašreizējais spēks. Tas ir uzlādēto daļiņu skaits, kas plūst caur vadītāja šķērsgriezumu laika vienībā.
Parādības būtība
Visas fiziskās vielas sastāv no molekulām, kas veidojas no atomiem. Tie arī nav gala materiāls, jo tajos ir elementi (kodols un ap to griežas elektroni). Visas ķīmiskās reakcijas pavada daļiņu kustība. Piemēram, piedaloties elektroniem, daži atomi piedzīvos savu deficītu, bet citi piedzīvos pārpalikumu. Šajā gadījumā vielām ir pretējs lādiņš. Ja notiek to kontakts, tad elektroniem no viena būs tendence pāriet uz otru.
Šāda elementārdaļiņu fiziskā būtība izskaidro elektriskās strāvas būtību. Šī uzlādēto daļiņu virziena kustība turpināsies, līdz vērtības izlīdzināsies. Šajā gadījumā izmaiņu reakcija ir ķēde. Citiem vārdiem sakot, aizgājušā elektrona vietā tā vietā nāk cits. Aizstāšanai tiek izmantotas blakus esošā atoma daļiņas. Bet ar to arī ķēde nebeidzas. Elektrons var nonākt arī galējā atomā, piemēram, no plūstošās strāvas avota negatīvā pola.
Šādas situācijas piemērs ir akumulators. No vadītāja negatīvās puses elektroni virzās uz avota pozitīvo polu. Kad visas daļiņas negatīvi inficētajā komponentā beidzas, strāva apstājas. Šajā gadījumā tiek uzskatīts, ka akumulators ir izlādējies. Kāds ir šādā veidā kustīgu lādētu daļiņu virzītas kustības ātrums? Atbildēt uz šo jautājumu nav tik vienkārši, kā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena.
Stresa loma
Kam tiek izmantots šis jēdziens? Spriegums ir elektriskā lauka īpašība, kas ir potenciālu starpība starp diviem punktiem, kas atrodas tā iekšpusē. Daudziem tas var šķist mulsinoši. Ja runa ir par lādētu daļiņu virzītu (pasūtītu) kustību, tad jums ir jāsaprot spriegums.
Iedomāsimies, ka mums ir vienkāršs diriģents. Tas var būt stieple, kas izgatavota no metāla, piemēram, vara vai alumīnija. Mūsu gadījumā tas nav tik svarīgi. Elektrona masa ir 9,10938215(45)×10-31kg. Tas nozīmē, ka tas ir diezgan materiāls. Bet vadītāja metāls ir ciets. Kā tad caur to var plūst elektroni?
Kāpēc metāla izstrādājumos var būt strāva
Pievērsīsimies ķīmijas pamatiem, kurus ikvienam no mums bija iespēja apgūt skolā. Ja vielā elektronu skaits ir vienāds ar protonu skaitu, tad elementa neitralitāte tiek nodrošināta. Pamatojoties uz Mendeļejeva periodisko likumu, tiek noteikts, ar kuru vielu ir jārīkojas. Tas ir atkarīgs no protonu un neitronu skaita. Nav iespējams ignorēt lielo atšķirību starp kodola un elektronu masām. Ja tos noņems, tad atoma svars praktiski paliks nemainīgs.
Piemēram, protona masa ir aptuveni par 1836 lielāka nekā elektrona vērtība. Bet šīs mikroskopiskās daļiņas ir ļoti svarīgas, jo tās var viegli atstāt dažus atomus un pievienoties citiem. Tajā pašā laikā to skaita samazināšanās vai palielināšanās noved pielai mainītu atoma lādiņu. Ja mēs ņemam vērā vienu atomu, tad tā elektronu skaits vienmēr būs mainīgs. Viņi pastāvīgi aiziet un atgriežas. Tas ir saistīts ar termisko kustību un enerģijas zudumu.
Fizikālas parādības ķīmiskā specifika
Vai tad, kad notiek elektriski lādētu daļiņu virzīta kustība, netiek zaudēta atomu masa? Vai mainās diriģenta sastāvs? Tas ir ļoti svarīgs nepareizs priekšstats, kas daudzus mulsina. Atbilde šajā gadījumā ir tikai negatīva. Tas ir saistīts ar faktu, ka ķīmiskos elementus nosaka nevis to atomu masa, bet gan protonu skaits, kas atrodas kodolā. Elektronu/neitronu klātbūtnei vai neesamībai šajā gadījumā nav nozīmes. Praksē tas izskatās šādi:
- Pievienojiet vai atņemiet elektronus. Izrādās jons.
- Pievienojiet vai atņemiet neitronus. Izrādās izotops.
Ķīmiskais elements nemainās. Bet ar protoniem situācija ir atšķirīga. Ja tas ir tikai viens, tad mums ir ūdeņradis. Divi protoni - un mēs runājam par hēliju. Trīs daļiņas ir litijs. utt. Tie, kam ir interese par turpinājumu, var ieskatīties periodiskajā tabulā. Atcerieties: pat ja strāva tiek izlaista caur vadītāju tūkstoš reižu, tās ķīmiskais sastāvs nemainīsies. Bet varbūt citādi.
Elektrolīti un citi interesanti punkti
Elektrolītu īpatnība ir tā, ka mainās to ķīmiskais sastāvs. Tad strāvas ietekmē,elektrolīta elementi. Kad to potenciāls ir izsmelts, lādēto daļiņu virzītā kustība apstāsies. Šī situācija ir saistīta ar to, ka lādiņu nesēji elektrolītos ir joni.
Turklāt ir ķīmiskie elementi bez elektroniem vispār. Piemērs varētu būt:
- Atomiskais kosmiskais ūdeņradis.
- Visas vielas, kas atrodas plazmas stāvoklī.
- Gāzes augšējos atmosfēras slāņos (ne tikai Zeme, bet arī citas planētas, kur ir gaisa masas).
- Akseleratoru un paātrinātāju saturs.
Jāatzīmē arī tas, ka elektriskās strāvas ietekmē dažas ķīmiskās vielas var burtiski sabrukt. Labi zināms piemērs ir drošinātājs. Kā tas izskatās mikrolīmenī? Kustīgie elektroni virza atomus savā ceļā. Ja strāva ir ļoti spēcīga, tad vadītāja kristāliskais režģis neiztur un tiek iznīcināts, un viela izkusa.
Atpakaļ uz ātrumu
Agrāk šis punkts tika skarts virspusēji. Tagad apskatīsim to tuvāk. Jāatzīmē, ka jēdziens par lādētu daļiņu virzītas kustības ātrumu elektriskās strāvas veidā nepastāv. Tas ir saistīts ar faktu, ka dažādas vērtības ir savstarpēji saistītas. Tātad elektriskais lauks izplatās caur vadītāju ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas kustībai, tas ir, aptuveni 300 000 kilometru sekundē.
Tā ietekmē visi elektroni sāk kustēties. Bet viņu ātrumsļoti mazs. Tas ir aptuveni 0,007 milimetri sekundē. Tajā pašā laikā viņi arī nejauši steidzas termiskajā kustībā. Protonu un neitronu gadījumā situācija ir atšķirīga. Tās ir pārāk lielas, lai ar tām notiktu tādi paši notikumi. Parasti nav nepieciešams runāt par to ātrumu, kas ir tuvu gaismas vērtībai.
Fiziskie parametri
Tagad apskatīsim, kāda ir lādētu daļiņu kustība elektriskajā laukā no fizikālā viedokļa. Lai to izdarītu, iedomāsimies, ka mums ir kartona kaste, kurā ir 12 pudeles gāzēta dzēriena. Tajā pašā laikā tur tiek mēģināts ievietot citu konteineru. Pieņemsim, ka tas izdevās. Bet kaste tik tikko izdzīvoja. Mēģinot ievietot citu pudeli, tā saplīst, un visi konteineri izkrīt.
Attiecīgo kārbu var salīdzināt ar vadītāja šķērsgriezumu. Jo augstāks šis parametrs (biezāks vads), jo lielāku strāvu tas var nodrošināt. Tas nosaka, kāds tilpums var būt lādētu daļiņu virzītai kustībai. Mūsu gadījumā kaste, kurā ir no vienas līdz divpadsmit pudelēm, var viegli izpildīt paredzēto mērķi (tas neplīsīs). Pēc analoģijas mēs varam teikt, ka vadītājs nedeg.
Ja pārsniegsiet norādīto vērtību, objekts neizdosies. Diriģenta gadījumā spēlēs pretestība. Oma likums ļoti labi apraksta elektriski lādētu daļiņu virzītu kustību.
Attiecības starp dažādiem fiziskajiem parametriem
Par kastītino mūsu piemēra varat ievietot vēl vienu. Šajā gadījumā uz laukuma vienību var ievietot nevis 12, bet pat 24 pudeles. Mēs pievienojam vēl vienu - un to ir trīsdesmit seši. Vienu no kastēm var uzskatīt par fizisku vienību, kas ir analoga spriegumam.
Jo platāks (tādējādi samazinot pretestību), jo vairāk pudeļu (kas mūsu piemērā aizstāj strāvu) var ievietot. Palielinot kastu kaudzi, jūs varat novietot papildu konteinerus uz laukuma vienību. Šajā gadījumā jauda palielinās. Tas neiznīcina kārbu (vadītāju). Šeit ir šīs analoģijas kopsavilkums:
- Kopējais pudeļu skaits palielina jaudu.
- Tvertņu skaits lodziņā norāda pašreizējo stiprumu.
- Kastīšu skaits augstumā ļauj spriest par spriegumu.
- Kastes platums sniedz priekšstatu par pretestību.
Iespējamie apdraudējumi
Mēs jau apspriedām, ka lādētu daļiņu virzītu kustību sauc par strāvu. Jāatzīmē, ka šī parādība var būt bīstama cilvēka veselībai un pat dzīvībai. Šeit ir elektriskās strāvas īpašību kopsavilkums:
- Nodrošina vadītāja sildīšanu, caur kuru tas plūst. Ja mājsaimniecības elektrotīkls ir pārslogots, izolācija pakāpeniski pāroglēsies un sadrūp. Tā rezultātā ir iespējams īssavienojums, kas ir ļoti bīstams.
- Elektriskā strāva, plūstot pa sadzīves tehniku un vadiem, sanākelementu veidojošo materiālu pretestība. Tāpēc tas izvēlas ceļu, kuram ir šī parametra minimālā vērtība.
- Ja notiek īssavienojums, strāvas stiprums strauji palielinās. Tas atbrīvo ievērojamu daudzumu siltuma. Tas var izkausēt metālu.
- Mitruma iekļūšanas dēļ var rasties īssavienojums. Iepriekš apspriestajos gadījumos tuvumā esošie objekti iedegas, taču šajā gadījumā vienmēr cieš cilvēki.
- Elektriskās strāvas trieciens rada ievērojamas briesmas. Visticamāk, tas ir pat letāls. Kad caur cilvēka ķermeni plūst elektriskā strāva, audu pretestība ievērojami samazinās. Viņi sāk uzkarst. Šajā gadījumā šūnas tiek iznīcinātas un nervu gali iet bojā.
Drošības problēmas
Lai izvairītos no elektriskās strāvas iedarbības, jāizmanto īpaši aizsarglīdzekļi. Darbs jāveic gumijas cimdos, izmantojot tāda paša materiāla paklājiņu, izlādes stieņus, kā arī darba vietu un aprīkojuma zemējuma ierīces.
Shēmas slēdži ar dažādu aizsardzību ir sevi pierādījuši kā labu ierīci, kas var glābt cilvēka dzīvību.
Tāpat, strādājot, nevajadzētu aizmirst par elementāriem drošības pasākumiem. Ja ugunsgrēks izceļas ar elektroiekārtām, drīkst izmantot tikai oglekļa dioksīda un pulvera ugunsdzēšamos aparātus. Pēdējie uzrāda labāko rezultātu cīņā ar uguni, taču ar putekļiem noklāto aprīkojumu ne vienmēr var atjaunot.
Secinājums
Izmantojot ikvienam lasītājam saprotamus piemērus, noskaidrojām, ka lādētu daļiņu sakārtotu virzītu kustību sauc par elektrisko strāvu. Šī ir ļoti interesanta parādība, kas ir svarīga gan no fizikas, gan ķīmijas pozīcijām. Elektriskā strāva ir nenogurstošs cilvēka palīgs. Tomēr ar to jārīkojas uzmanīgi. Rakstā apskatīti drošības jautājumi, kuriem būtu jāpievērš uzmanība, ja nav vēlēšanās nomirt.
