АдукацыяСярэднюю адукацыю і школы

Фізіка электрычнасці: вызначэнне, досведы, адзінка вымярэння

Фізіка электрычнасці - гэта тое, з чым даводзіцца сутыкацца кожнаму з нас. У артыкуле мы разгледзім асноўныя паняцці, звязаныя з ёй.

Што такое электрычнасць? Для чалавека недасведчанага яно асацыюецца з успышкай маланкі ці з энергіяй, сілкавальнай тэлевізар і пральную машыну. Ён ведае, што электрацягніка выкарыстоўваюць электрычную энергію. Пра што яшчэ ён можа расказаць? Аб нашай залежнасці ад электрычнасці яму нагадваюць лініі электраперадач. Хтосьці зможа прывесці і некалькі іншых прыкладаў.

Аднак з электрычнасцю звязана нямала іншых, не гэтак відавочных, але паўсядзённых з'яў. З усімі імі нас знаёміць фізіка. Электрычнасць (задачы, вызначэння і формулы) мы пачынаем вывучаць яшчэ ў школе. І даведаемся шмат цікавага. Аказваецца, які б'ецца сэрца, хто бяжыць, спартсмен, хто спіць дзіця і плаваючая рыба - усё выпрацоўвае электрычную энергію.

Электроны і пратоны

Вызначым асноўныя паняцці. З пункту гледжання навукоўца, фізіка электрычнасці звязаная з рухам электронаў і іншых зараджаных часціц у розных рэчывах. Таму навуковае разуменне прыроды цікавіць нас з'явы залежыць ад узроўню ведаў пра атамы і складнікаў іх субатомных часціцах. Ключом да гэтага разумення служыць малюсенькі электрон. Атамы любога рэчыва ўтрымліваюць адзін ці больш электронаў, якія рухаюцца па розных арбітах вакол ядра падобна таму, як планеты круцяцца вакол Сонца. Звычайна лік электронаў у атаме роўна колькасці пратонаў у ядры. Аднак пратоны, быўшы значна цяжэй электронаў, можна лічыць як бы замацаванымі ў цэнтры атама. Гэтай гранічна спрошчанай мадэлі атама цалкам дастаткова, каб растлумачыць асновы такой з'явы, як фізіка электрычнасці.

Пра што яшчэ неабходна ведаць? Электроны і пратоны маюць аднолькавы па велічыні электрычны зарад (але рознага знака), таму яны прыцягваюцца адзін да аднаго. Зарад пратона з'яўляецца станоўчым, а электрона - адмоўным. Атам, які мае электронаў больш або менш, чым звычайна, называецца іёнам. Калі ў атаме іх недастаткова, то ён называецца станоўчым іёнам. Калі ж ён змяшчае іх лішак, то яго называюць адмоўным іёнам.

Калі электрон пакідае атам, той набывае некаторы станоўчы зарад. Электрон, пазбаўлены сваёй супрацьлегласці - пратона, альбо рухаецца да іншага атаму, альбо вяртаецца да ранейшага.

Чаму электроны пакідаюць атамы?

Гэта тлумачыцца некалькімі прычынамі. Найбольш агульная складаецца ў тым, што пад уздзеяннем імпульсу святла або нейкага вонкавага электрона які рухаецца ў атаме электрон можа быць выбіты са сваёй арбіты. Цяпло прымушае атамы вагацца хутчэй. Гэта азначае, што электроны могуць вылецець са свайго атама. Пры хімічных рэакцыях яны таксама перамяшчаюцца ад атама да атама.

Добры прыклад ўзаемасувязі хімічнай і электрычнай актыўнасці даюць нам мышцы. Іх валакна скарачаюцца пры ўздзеянні электрычнага сігналу, які паступае з нервовай сістэмы. Электрычны ток стымулюе хімічныя рэакцыі. Яны-то і прыводзяць да скарачэння мышцы. Знешнія электрычныя сігналы нярэдка выкарыстоўваюцца для штучнага стымулявання мышачнай актыўнасці.

праводнасць

У некаторых рэчывах электроны пад дзеяннем знешняга электрычнага поля рухаюцца больш свабодна, чым у іншых. Кажуць, што такія рэчывы валодаюць добрай праводнасцю. Іх называюць праваднікамі. Да іх адносіцца большасць металаў, нагрэтыя газы і некаторыя вадкасці. Паветра, гума, алей, поліэтылен і шкло дрэнна праводзяць электрычнасць. Іх называюць дыэлектрыкамі і выкарыстоўваюць для ізаляцыі добрых правадыроў. Ідэальных ізалятараў (абсалютна не праводзяць току) не існуе. Пры пэўных умовах электроны можна выдаліць з любога атама. Аднак звычайна гэтыя ўмовы гэтак цяжка выканаць, што з практычнага пункту гледжання падобныя рэчывы можна лічыць які не праводзіць.

Знаёмячыся з такой навукай, як фізіка (раздел "Электрычнасць"), мы даведаемся, што існуе адмысловая група рэчываў. Гэта паўправаднікі. Яны паводзяць сябе збольшага як дыэлектрыкі, а збольшага - як правадыры. Да іх, у прыватнасці, адносяцца: германій, крэмній, вокіс медзі. Дзякуючы сваім уласцівасцям паўправаднік знаходзіць мноства ужыванняў. Напрыклад, ён можа служыць электрычным вентылем: падобна клапану веласіпеднай шыны ён дазваляе зарадам рухацца толькі ў адным кірунку. Такія прылады называюцца выпрамнікамі. Яны выкарыстоўваюцца і ў мініяцюрных радыёпрымачах, і на вялікіх электрастанцыях для пераўтварэння пераменнага току ў пастаянны.

Цяпло ўяўляе сабой хаатычную форму руху малекул або атамаў, а тэмпература - мера інтэнсіўнасці гэтага руху (у большасці металаў з паніжэннем тэмпературы рух электронаў становіцца больш вольным). Гэта азначае, што супраціў свабоднаму руху электронаў падае з памяншэннем тэмпературы. Іншымі словамі, праводнасць металаў узрастае.

звышправоднасць

У некаторых рэчывах пры вельмі нізкіх тэмпературах супраціў патоку электронаў знікае цалкам, і электроны, пачаўшы рух, працягваюць яго неабмежавана. Гэта з'ява называецца звышправоднасць. Пры тэмпературы некалькі градусаў вышэй абсалютнага нуля (- 273 ° С) яна назіраецца ў такіх металах, як волава, свінец, алюміній і ніёбія.

Генератары Ван дэ Граафа

У школьную праграму ўваходзяць розныя досведы з электрычнасцю. Існуе можество відаў генератараў, аб адным з якіх нам хацелася б падрабязней распавесці. Генератар Ван дэ Граафа выкарыстоўваецца для атрымання звышвысокіх высілкаў. Калі прадмет, які змяшчае лішак станоўчых іёнаў, змясціць унутр кантэйнера, то на ўнутранай паверхні апошняга з'явяцца электроны, а на знешняй - такое ж колькасць станоўчых іёнаў. Калі зараз закрануць ўнутранай паверхні зараджаным прадметам, то на яго пяройдуць усе свабодныя электроны. На знешняй ж станоўчыя зарады застануцца.

У генератары Ван дэ Граафа станоўчыя іёны ад крыніцы наносяцца на стужку канвеера, які праходзіць ўнутры металічнай сферы. Стужка звязаная з унутранай паверхняй сферы з дапамогай правадыра ў выглядзе грэбня. Электроны сцякаюць з унутранай паверхні сферы. На знешняй жа баку яе з'яўляюцца станоўчыя іёны. Эфект можна ўзмацніць, выкарыстоўваючы два генератара.

электрычны ток

У школьны курс фізікі ўваходзіць і такое паняцце, як электрычны ток. Што ж гэта такое? Электрычны ток абумоўлены рухам электрычных зарадаў. Калі электрычная лямпа, злучаная з батарэяй, ці ўключаная, ток цячэ па дроту ад аднаго полюса батарэі да лямпы, затым праз яе валасок, выклікаючы яго святленне, і вяртаецца назад па другім провадзе да іншага канцавосся батарэі. Калі выключальнік павярнуць, то ланцуг разомкнется - рух току спыніцца, і лямпа згасне.

рух электронаў

Ток у большасці выпадкаў ўяўляе сабой спарадкаваны рух электронаў у метале, служачы правадыром. Ва ўсіх правадырах і некаторых іншых рэчывах заўсёды адбываецца нейкае выпадковае іх рух, нават калі ток не працякае. Электроны ў рэчыве могуць быць адносна вольныя або моцна звязаныя. Добрыя праваднікі маюць свабодныя электроны, здольныя перамяшчацца. А вось у дрэнных правадырах, або ізалятарах, большасць гэтых часціц дастаткова трывала звязана з атамамі, што перашкаджае іх руху.

Часам натуральным ці штучным шляхам у правадыру ствараецца рух электронаў у пэўным кірунку. Гэты струмень і называюць электрычным токам. Ён вымяраецца ў амперах (А). Носьбітамі току могуць служыць таксама іёны (у газах або растворах) і "дзіркі" (недахоп электронаў у некаторых відах паўправаднікоў. Апошнія паводзяць сябе як станоўча зараджаныя носьбіты электрычнага току. Каб прымусіць электроны рухацца ў тым ці іншым кірунку, неабходная нейкая сіла. У прыродзе яе крыніцамі могуць быць: ўздзеянне сонечнага святла, магнітныя эфекты і хімічныя рэакцыі. Некаторыя з іх выкарыстоўваюцца для атрымання электрычнага току. Звычайна для гэтай мэты служаць: генератар, які выкарыстоўвае магнітныя эфекты, і элемент (батарэя), дзеянне якога абумоўлена хімічнымі рэакцыямі. Абодва прылады, ствараючы электрарухаючая сілу (ЭРС), прымушаюць электроны рухацца ў адным кірунку па ланцугу. Велічыня ЭРС вымяраецца ў вольтах (В). Такія асноўныя адзінкі вымярэння электрычнасці.

Велічыня ЭРС і сіла току звязаныя паміж сабой, як ціск і струмень у вадкасці. Вадаправодныя трубы заўсёды запоўнены вадой пад пэўным ціскам, але вада пачынае цячы, толькі калі адкрываюць кран.

Аналагічна электрычная ланцуг можа быць злучаная з крыніцай ЭРС, але ток у ёй не пацячэ да таго часу, пакуль не будзе створаны шлях, па якім могуць рухацца электроны. Ім можа быць, скажам, электрычная лямпа або пыласос, выключальнік тут гуляе ролю крана, «які выпускае» ток.

Суадносіны паміж токам і напругай

Па меры росту напружання ў ланцугу расце і ток. Вывучаючы курс фізікі, мы даведаемся, што электрычныя ланцугі складаюцца з некалькіх розных участкаў: звычайна гэта выключальнік, праваднікі і прыбор - спажывец электрычнасці. Усе яны, злучаныя разам, ствараюць супраціў электрычнаму току, якое (пры ўмове сталасці тэмпературы) для гэтых кампанентаў не змяняецца з часам, але для кожнага з іх розна. Таму, калі адно і тое ж напружанне прымяніць да лямпачкі і да прасу, то струмень электронаў у кожным з прыбораў будзе розны, паколькі розныя іх супраціву. Такім чынам, сіла току, які праходзіць праз пэўны ўчастак ланцугу, вызначаецца не толькі напругай, але і супрацівам правадыроў і прыбораў.

закон Ома

Велічыня электрычнага супраціву вымяраецца ў омах (Ом) у такой навуцы, як фізіка. Электрычнасць (формулы, вызначэння, вопыты) - шырокая тэма. Мы не будзем выводзіць складаныя формулы. Для першага знаёмства з тэмай досыць таго, што было сказана вышэй. Аднак адну формулу ўсё-ткі варта вывесці. Яна зусім нескладаная. Для любога правадыра або сістэмы правадыроў і прыбораў суадносіны паміж напругай, токам і супрацівам задаецца формулай: напружанне = ток х супраціў. Гэта матэматычнае выраз закона Ома, названага так у гонар Георга Ома (1787-1854 гг.), Які першым усталяваў ўзаемасувязь гэтых трох параметраў.

Фізіка электрычнасці - вельмі цікавы раздзел навукі. Мы разгледзелі толькі асноўныя паняцці, звязаныя з ёй. Вы даведаліся, што такое электрычнасць, як яно ўтвараецца. Спадзяемся, гэтая інфармацыя вам спатрэбіцца.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 be.birmiss.com. Theme powered by WordPress.