Se ci sono portatori di carica liberi in qualsiasi mezzo (ad esempio, elettroni in un metallo), allora non sono a riposo, ma si muovono in modo casuale. Ma puoi far muovere gli elettroni in modo ordinato in una determinata direzione. Questo movimento diretto di particelle cariche è chiamato corrente elettrica.
Contenuto
Come viene generata la corrente elettrica
Se prendiamo due conduttori e uno di essi viene caricato negativamente (aggiungendo elettroni ad esso) e l'altro viene caricato positivamente (togliendo alcuni elettroni da esso), si verificherà un campo elettrico. Se colleghi entrambi gli elettrodi con un conduttore, il campo costringerà gli elettroni a muoversi nella direzione opposta al vettore del campo elettrico, in accordo con la direzione del vettore della forza elettrica. Le particelle caricate negativamente si sposteranno dall'elettrodo dove sono in eccesso all'elettrodo dove sono carenti.
Per il verificarsi del movimento degli elettroni, non è necessario impartire una carica positiva al secondo elettrodo. La cosa principale è che la carica negativa del primo è più alta. È anche possibile caricare negativamente entrambi i conduttori, ma un conduttore deve avere una carica maggiore dell'altro. In questo caso si parla di una differenza di potenziale che provoca una corrente elettrica.
Per analogia con l'acqua, se colleghi due vasi pieni d'acqua a livelli diversi, apparirà un flusso d'acqua. La sua pressione dipenderà dalla differenza di livelli.
È interessante notare che il movimento caotico degli elettroni sotto l'azione di un campo elettrico è generalmente preservato, ma il vettore generale di movimento della massa dei portatori di carica acquisisce un carattere diretto. Se la componente "caotica" del movimento ha una velocità di diverse decine o addirittura centinaia di chilometri al secondo, la componente direzionale è di diversi millimetri al minuto. Ma l'impatto (quando gli elettroni si muovono lungo la lunghezza del conduttore) si propaga alla velocità della luce, quindi si dice che la corrente elettrica si muova a una velocità di 3 * 108 m/sec.
Nell'ambito dell'esperimento di cui sopra, la corrente nel conduttore non esisterà a lungo, fino a quando gli elettroni in eccesso nel conduttore caricato negativamente si esauriranno e il loro numero su entrambi i poli non sarà bilanciato. Questa volta è piccola - frazioni di secondo insignificanti.
Tornando all'elettrodo inizialmente caricato negativamente e creando una carica in eccesso sui portatori non si ottiene lo stesso campo elettrico che ha spostato gli elettroni da meno a più. Pertanto, deve esserci una forza esterna che agisce contro l'intensità del campo elettrico e lo supera.Simile all'acqua, deve esserci una pompa che ripompa l'acqua al livello superiore per creare un flusso d'acqua continuo.
Direzione attuale
La direzione da più a meno è presa come direzione della corrente, cioè la direzione del movimento delle particelle cariche positivamente è opposta al movimento degli elettroni. Ciò è dovuto al fatto che il fenomeno stesso della corrente elettrica è stato scoperto molto prima di quanto fosse ricevuta una spiegazione della sua natura e si credeva che la corrente andasse in questa direzione. A quel punto, si era accumulato un gran numero di articoli e altra letteratura su questo argomento, apparvero concetti, definizioni e leggi. Per non rivedere un'enorme quantità di materiale già pubblicato, abbiamo semplicemente preso la direzione della corrente contro il flusso di elettroni.
Se la corrente scorre sempre in una direzione (anche cambiando di forza), viene chiamata corrente continua. Se la sua direzione cambia, stiamo parlando di corrente alternata. Nell'applicazione pratica, la direzione cambia secondo alcune leggi, ad esempio secondo una sinusoidale. Se la direzione del flusso di corrente rimane invariata, ma periodicamente scende a zero e aumenta fino a un valore massimo, allora si parla di una corrente pulsata (di varie forme).
Condizioni necessarie per il mantenimento della corrente elettrica nel circuito
Sopra sono derivate tre condizioni per l'esistenza di una corrente elettrica in un circuito chiuso. Devono essere considerati in modo più dettagliato.
Corrieri gratuiti
La prima condizione necessaria per l'esistenza di una corrente elettrica è la presenza di portatori di carica liberi. Le cariche non esistono separatamente dai loro vettori, quindi è necessario considerare le particelle che possono trasportare una carica.
Nei metalli e in altre sostanze con un tipo simile di conducibilità (grafite, ecc.), Questi sono elettroni liberi. Interagiscono debolmente con il nucleo e possono lasciare l'atomo e muoversi relativamente senza ostacoli all'interno del conduttore.
Gli elettroni liberi fungono anche da portatori di carica nei semiconduttori, ma in alcuni casi parlano di conducibilità "buchi" di questa classe di solidi (al contrario di "elettronica"). Questo concetto è necessario solo per descrivere i processi fisici, infatti la corrente nei semiconduttori è lo stesso movimento degli elettroni. I materiali in cui gli elettroni non possono lasciare l'atomo sono dielettrici. Non c'è corrente in loro.
Nei liquidi, gli ioni positivi e negativi portano carica. Questo si riferisce a liquidi - elettroliti. Ad esempio, l'acqua in cui è disciolto il sale. Di per sé, l'acqua è elettricamente abbastanza neutra, ma quando vi entrano sostanze solide e liquide, si dissolvono e si dissociano (decompongono) per formare ioni positivi e negativi. E nei metalli fusi (ad esempio nel mercurio), i portatori di carica sono gli stessi elettroni.
I gas sono principalmente dielettrici. Non ci sono elettroni liberi in essi: i gas sono costituiti da atomi e molecole neutri. Ma se il gas è ionizzato, si parla del quarto stato di aggregazione della materia: il plasma. Al suo interno può fluire anche una corrente elettrica, si verifica durante il movimento diretto di elettroni e ioni.
Inoltre, la corrente può fluire nel vuoto (l'azione, ad esempio, dei tubi a vuoto si basa su questo principio). Ciò richiederà elettroni o ioni.
Campo elettrico
Nonostante la presenza di vettori di carica gratuiti, la maggior parte dei media sono elettricamente neutri. Ciò è spiegato dal fatto che le particelle negative (elettroni) e positive (protoni) si trovano in modo uniforme e i loro campi si compensano a vicenda. Affinché un campo possa sorgere, le spese devono essere concentrate in qualche area. Se gli elettroni si sono accumulati nella regione di un elettrodo (negativo), allora ci sarà una carenza sull'elettrodo opposto (positivo) e si formerà un campo che crea una forza che agisce sui portatori di carica e li costringe a muoversi.
Forza di terzi per portare le accuse
E la terza condizione: deve esserci una forza che trasporta cariche nella direzione opposta alla direzione del campo elettrostatico, altrimenti le cariche all'interno del sistema chiuso si equilibreranno rapidamente. Questa forza estranea è chiamata forza elettromotrice. La sua origine potrebbe essere diversa.
Natura elettrochimica
In questo caso, l'EMF si verifica a causa del verificarsi di reazioni elettrochimiche. Le reazioni possono essere irreversibili. Un esempio è una cella galvanica, una batteria ben nota. Dopo che i reagenti si sono esauriti, l'EMF scende a zero e la batteria "si siede".
In altri casi, le reazioni possono essere reversibili. Quindi, in una batteria, l'EMF si verifica anche come risultato di reazioni elettrochimiche. Ma al termine, il processo può essere ripreso: sotto l'influenza di una corrente elettrica esterna, le reazioni avverranno nell'ordine inverso e la batteria sarà di nuovo pronta a fornire corrente.
natura fotovoltaica
In questo caso, l'EMF è causato dall'azione della radiazione visibile, ultravioletta o infrarossa sui processi nelle strutture a semiconduttore. Tali forze sorgono nelle fotocellule ("batterie solari").Sotto l'azione della luce, nel circuito esterno viene generata una corrente elettrica.
natura termoelettrica
Se prendi due conduttori diversi, li salda e riscalda la giunzione, nel circuito apparirà un EMF a causa della differenza di temperatura tra la giunzione calda (la giunzione dei conduttori) e la giunzione fredda, le estremità opposte dei conduttori. In questo modo è possibile non solo generare corrente, ma anche misurare la temperatura misurando la fem emergente.
Natura piezoelettrica
Si verifica quando alcuni solidi vengono compressi o deformati. Un accendino elettrico funziona secondo questo principio.
Natura elettromagnetica
Il modo più comune per generare elettricità a livello industriale è con un generatore CC o CA. In una macchina DC, un'armatura a forma di telaio ruota in un campo magnetico, attraversando le sue linee di forza. In questo caso, si verifica un EMF, a seconda della velocità di rotazione del rotore e del flusso magnetico. In pratica si utilizza un ancoraggio da un numero elevato di spire, formando una pluralità di telai collegati in serie. I campi elettromagnetici che si formano in essi si sommano.
A alternatore vale lo stesso principio, ma un magnete (elettrico o permanente) ruota all'interno del telaio fisso. Come risultato degli stessi processi nello statore, EMF, che ha una forma sinusoidale. Su scala industriale, viene quasi sempre utilizzata la generazione AC: è più facile convertirla per il trasporto e l'uso pratico.
Una proprietà interessante di un generatore è la reversibilità.Consiste nel fatto che se la tensione viene applicata ai terminali del generatore da una fonte esterna, il suo rotore inizierà a ruotare. Ciò significa che, a seconda dello schema di collegamento, la macchina elettrica può essere sia un generatore che un motore elettrico.
Questi sono solo i concetti base di un fenomeno come la corrente elettrica. In effetti, i processi che si verificano durante il movimento diretto degli elettroni sono molto più complicati. Per capirli è necessario uno studio più approfondito dell'elettrodinamica.
Articoli simili:
