Ham mikroskopik, ham makroskopik turli xil jismoniy hodisalar tabiatan elektromagnitdir. Bularga ishqalanish va elastiklik kuchlari, barcha kimyoviy jarayonlar, elektr, magnitlanish, optika kiradi.
Elektromagnit o'zaro ta'sirning shunday ko'rinishlaridan biri zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakatidir. Bu hayotimizni tashkil qilishdan tortib kosmik parvozlargacha bo'lgan turli sohalarda qo'llaniladigan deyarli barcha zamonaviy texnologiyalarning mutlaqo zarur elementidir.
Hodisa haqida umumiy tushuncha
Zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakati elektr toki deyiladi. Zaryadlarning bunday harakati ma'lum zarralar, ba'zan kvazizarralar yordamida turli muhitlarda amalga oshirilishi mumkin.
Oqim uchun zaruriy shartaniq tartibli, yo'n altirilgan harakat. Zaryadlangan zarralar (neytrallar kabi) termal xaotik harakatga ega bo'lgan jismlardir. Biroq, oqim faqat ushbu uzluksiz xaotik jarayonning fonida, qandaydir yo'nalishda zaryadlarning umumiy harakati sodir bo'lganda paydo bo'ladi.
Jism bir butun sifatida elektr neytral harakat qilganda, uning atomlari va molekulalaridagi zarralar, albatta, bir yo'nalishda harakat qiladi, lekin neytral jismdagi qarama-qarshi zaryadlar bir-birini kompensatsiya qilganligi sababli, hech qanday zaryad o'tkazilmaydi, va biz bu holatda ham oqimning mantiqiy emasligi haqida gapirishimiz mumkin.
Tok qanday hosil bo'ladi
To'g'ridan-to'g'ri qo'zg'alishning eng oddiy versiyasini ko'rib chiqing. Agar umumiy holatda zaryad tashuvchilar mavjud bo'lgan muhitga elektr maydoni qo'llanilsa, unda zaryadlangan zarralarning tartibli harakati boshlanadi. Bu hodisa zaryadning siljishi deb ataladi.
Buni qisqacha quyidagicha ta'riflash mumkin. Maydonning turli nuqtalarida potentsial farq (kuchlanish) paydo bo'ladi, ya'ni bu nuqtalarda joylashgan elektr zaryadlarining maydon bilan o'zaro ta'sir qilish energiyasi, bu zaryadlarning kattaligi bilan bog'liq, har xil bo'ladi. Ma'lumki, har qanday jismoniy tizim muvozanat holatiga mos keladigan minimal potentsial energiyaga moyil bo'lganligi sababli, zaryadlangan zarralar potentsiallarni tenglashtirish tomon harakat qila boshlaydi. Boshqacha qilib aytganda, maydon bu zarralarni siljitish uchun biroz ish qiladi.
Potentsiallar tenglashtirilganda kuchlanish yo’qoladielektr maydoni - u yo'qoladi. Shu bilan birga, zaryadlangan zarralarning tartibli harakati, oqim ham to'xtaydi. Statsionar, ya'ni vaqtga bog'liq bo'lmagan maydonni olish uchun ma'lum jarayonlarda (masalan, kimyoviy) energiya chiqishi tufayli zaryadlar uzluksiz ravishda ajralib turadigan va oqimga beriladigan oqim manbasidan foydalanish kerak. qutblar, elektr maydonining mavjudligi.
Tokni turli usullar bilan olish mumkin. Shunday qilib, magnit maydonning o'zgarishi unga kiritilgan o'tkazuvchi konturdagi zaryadlarga ta'sir qiladi va ularning yo'n altirilgan harakatiga sabab bo'ladi. Bunday oqim induktiv deb ataladi.
Tokning miqdoriy xarakteristikalari
Oqim miqdoriy tavsiflanadigan asosiy parametr - bu oqimning kuchi (ba'zan ular "qiymat" yoki oddiygina "joriy" deb aytishadi). U ma'lum bir sirt orqali, odatda o'tkazgichning kesimi orqali birlik vaqtga o'tadigan elektr miqdori (zaryad miqdori yoki elementar zaryadlar soni) sifatida aniqlanadi: I=Q / t. Oqim amperda o'lchanadi: 1 A \u003d 1 C / s (sekundiga kulon). Elektr zanjiri bo'limida oqim kuchi to'g'ridan-to'g'ri potentsial farqga va teskari - o'tkazgichning qarshiligiga bog'liq: I \u003d U / R. To'liq zanjir uchun bu bog'liqlik (Ohm qonuni) I=Ԑ/R+r shaklida ifodalanadi, bu erda Ԑ - manbaning elektr harakatlantiruvchi kuchi va r - uning ichki qarshiligi.
Tok kuchining zaryadlangan zarrachalarning tartiblangan harakati unga perpendikulyar boʻlgan oʻtkazgichning koʻndalang kesimiga nisbati tok zichligi deyiladi: j=I/S=Q/St. Bu qiymat birlik maydoni bo'ylab vaqt birligi uchun oqadigan elektr miqdorini tavsiflaydi. Maydon kuchi E va muhitning elektr o'tkazuvchanligi s qanchalik yuqori bo'lsa, oqim zichligi shunchalik katta bo'ladi: j=s∙E. Joriy quvvatdan farqli o'laroq, bu miqdor vektor bo'lib, musbat zaryad tashuvchi zarrachalar harakati bo'ylab yo'nalishga ega.
Hozirgi yoʻnalish va siljish yoʻnalishi
Elektr maydonida, Kulon kuchlari ta'sirida zaryad olayotgan jismlar zaryad belgisiga qarama-qarshi bo'lgan oqim manbai qutbiga tartibli harakat qiladi. Ijobiy zaryadlangan zarralar manfiy qutbga ("minus") siljiydi va aksincha, erkin manfiy zaryadlar manbaning "plyus" tomoniga tortiladi. Zarrachalar bir vaqtning o'zida ikkita qarama-qarshi yo'nalishda harakatlanishi mumkin, agar o'tkazuvchi muhitda ikkala belgining zaryad tashuvchilari bo'lsa.
Tarixiy sabablarga ko'ra, oqim musbat zaryadlar harakat qilish yo'nalishi bo'yicha - "ortiqcha" dan "minus" ga yo'n altirilganligi odatda qabul qilinadi. Chalkashmaslik uchun shuni esda tutish kerakki, metall o'tkazgichlarda tokning eng tanish holatida zarrachalarning haqiqiy harakati - elektronlar - teskari yo'nalishda sodir bo'lsa ham, bu shartli qoida har doim amal qiladi.
Hozirgi tarqalish va drift tezligi
Ko'pincha oqim qanchalik tez harakat qilishini tushunish bilan bog'liq muammolar mavjud. Ikki xil tushunchani chalkashtirmaslik kerak: oqimning tarqalish tezligi (elektrsignal) va zarrachalarning siljish tezligi - zaryad tashuvchilar. Birinchisi, elektromagnit o'zaro ta'sirning uzatiladigan tezligi yoki - bu bir xil - maydonning tarqalish tezligi. U yorug'likning vakuumdagi tezligiga yaqin (tarqalish muhitini hisobga olgan holda) va deyarli 300 000 km/s ni tashkil qiladi.
Zarralar tartibli harakatlarini juda sekin bajaradilar (10-4–10-3 m/s). Drift tezligi ularga qo'llaniladigan elektr maydonining ta'sir qilish intensivligiga bog'liq, lekin barcha holatlarda zarrachalarning termal tasodifiy harakati tezligidan bir necha daraja pastroq bo'ladi (105 –106m/s). Maydonning ta'siri ostida barcha bepul zaryadlarning bir vaqtning o'zida siljishi boshlanishini tushunish muhim, shuning uchun oqim butun o'tkazgichda darhol paydo bo'ladi.
Oqim turlari
Birinchidan, oqimlar vaqt oʻtishi bilan zaryad tashuvchilarning harakati bilan ajralib turadi.
- Doimiy oqim - bu zarracha harakatining kattaligini (kuchini) ham, yo'nalishini ham o'zgartirmaydigan oqim. Bu zaryadlangan zarralarni siljitishning eng oson yo'li va bu har doim elektr tokini o'rganishning boshlanishi.
- Oʻzgaruvchan tokda bu parametrlar vaqt oʻtishi bilan oʻzgaradi. Uning paydo bo'lishi magnit maydonning o'zgarishi (aylanishi) tufayli yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektromagnit induksiya hodisasiga asoslanadi. Bu holda elektr maydoni vaqti-vaqti bilan intensivlik vektorini o'zgartiradi. Shunga ko'ra, potentsiallarning belgilari o'zgaradi va ularning qiymati "ortiqcha" dan "minus" ga barcha oraliq qiymatlar, shu jumladan nolga o'tadi. Natijadahodisa, zaryadlangan zarralarning tartibli harakati doimo yo'nalishni o'zgartiradi. Bunday oqimning kattaligi maksimaldan minimalgacha o'zgarib turadi (odatda sinusoidal, ya'ni garmonik). O'zgaruvchan tok bu tebranishlar tezligining chastotasi kabi muhim xususiyatiga ega - soniyada to'liq o'zgarish tsikllari soni.
Ushbu eng muhim tasnifga qo'shimcha ravishda, oqimlar o'rtasidagi farqlar oqim tarqaladigan muhitga nisbatan zaryad tashuvchilar harakatining tabiati kabi mezon bo'yicha ham amalga oshirilishi mumkin.
O'tkazuvchanlik toklari
Tokning eng mashhur misoli - bu jism (o'rta) ichidagi elektr maydoni ta'sirida zaryadlangan zarrachalarning tartibli, yo'n altirilgan harakatidir. U o'tkazuvchanlik oqimi deb ataladi.
Qattiq jismlarda (metallar, grafit, koʻplab murakkab materiallar) va baʼzi suyuqliklarda (simob va boshqa metall eritmalari) elektronlar harakatlanuvchi zaryadlangan zarralardir. Supero'tkazuvchilarda tartibli harakat ularning moddaning atomlari yoki molekulalariga nisbatan siljishidir. Bunday o'tkazuvchanlik elektron deb ataladi. Yarimo'tkazgichlarda zaryad almashinuvi elektronlar harakati tufayli ham sodir bo'ladi, lekin bir qator sabablarga ko'ra oqimni tasvirlash uchun teshik tushunchasidan foydalanish qulay - musbat kvazizarra, bu harakatlanuvchi elektron bo'sh joy.
Elektrolitik eritmalarda tokning o`tishi eritma tarkibiga kiruvchi manfiy va musbat ionlarning turli qutblarga - anod va katodga o`tishi hisobiga amalga oshiriladi.
Transfer oqimlari
Gaz - normal sharoitda dielektrik - etarlicha kuchli ionlanishga duchor bo'lsa, o'tkazgichga ham aylanishi mumkin. Gazning elektr o'tkazuvchanligi aralashtiriladi. Ionlashtirilgan gaz allaqachon plazma bo'lib, unda ham elektronlar, ham ionlar, ya'ni barcha zaryadlangan zarralar harakat qiladi. Ularning tartibli harakati plazma kanalini hosil qiladi va gaz razryadi deb ataladi.
Zaryadlarning yo'n altirilgan harakati nafaqat atrof-muhit ichida sodir bo'lishi mumkin. Faraz qilaylik, musbat yoki manfiy elektroddan chiqadigan elektronlar yoki ionlar nurlari vakuumda harakatlanyapti. Bu hodisa elektron emissiya deb ataladi va, masalan, vakuum qurilmalarida keng qo'llaniladi. Albatta, bu harakat oqimdir.
Yana bir holat elektr zaryadlangan makroskopik jismning harakatidir. Bu ham tok, chunki bunday holat yoʻn altirilgan toʻlovni oʻtkazish shartini qondiradi.
Yuqoridagi barcha misollarni zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakati deb hisoblash kerak. Ushbu oqim konvektsiya yoki uzatish oqimi deb ataladi. Uning xususiyatlari, masalan, magnit, o'tkazuvchanlik oqimlariga to'liq o'xshaydi.
Oqimli oqim
Zaryadning uzatilishiga hech qanday aloqasi boʻlmagan va “haqiqiy” oʻtkazuvchanlik yoki uzatish toklari xususiyatiga ega boʻlgan vaqt boʻyicha oʻzgaruvchan elektr maydoni mavjud boʻlgan joyda sodir boʻladigan hodisa mavjud: u oʻzgaruvchan magnit maydonni qoʻzgʻatadi. Bumasalan, kondansatkichlarning plitalari orasidagi o'zgaruvchan tok davrlarida sodir bo'ladi. Bu hodisa energiyaning uzatilishi bilan birga keladi va joy almashish oqimi deb ataladi.
Aslida bu qiymat ma'lum bir sirtda uning vektori yo'nalishiga perpendikulyar ravishda elektr maydon induksiyasi qanchalik tez o'zgarishini ko'rsatadi. Elektr induksiyasi tushunchasi maydon kuchi va qutblanish vektorlarini o'z ichiga oladi. Vakuumda faqat kuchlanish hisobga olinadi. Moddadagi elektromagnit jarayonlarga kelsak, molekula yoki atomlarning qutblanishi, bunda maydon taʼsirida bogʻlangan (erkin emas!) zaryadlar harakati sodir boʻladi, dielektrik yoki oʻtkazgichdagi siljish tokiga maʼlum hissa qoʻshadi.
Bu nom 19-asrda paydo boʻlgan va shartli, chunki haqiqiy elektr toki zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakatidir. Siqilish oqimi zaryadning siljishi bilan hech qanday aloqasi yo'q. Shuning uchun, qat'iy aytganda, bu oqim emas.
Hozirgi koʻrinishlar (harakatlar)
Zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakati har doim ma'lum fizik hodisalar bilan birga bo'ladi, ular aslida bu jarayon sodir bo'ladimi yoki yo'qligini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Bunday hodisalarni (joriy harakatlar) uchta asosiy guruhga bo'lish mumkin:
- Magnit harakat. Harakatlanuvchi elektr zaryadi, albatta, magnit maydon hosil qiladi. Agar siz kompasni oqim o'tadigan o'tkazgichning yoniga qo'ysangiz, o'q ushbu oqim yo'nalishiga perpendikulyar aylanadi. Ushbu hodisaga asoslanib, masalan, elektr energiyasini aylantirish imkonini beruvchi elektromagnit qurilmalar ishlaydi.mexanik.
- Issiqlik effekti. Oqim o'tkazgichning qarshiligini engish uchun ishlaydi, natijada issiqlik energiyasi chiqariladi. Buning sababi shundaki, drift paytida zaryadlangan zarralar kristall panjaraning elementlari yoki o'tkazgich molekulalari ustiga tarqalib, ularga kinetik energiya beradi. Agar, aytaylik, metallning panjarasi mutlaqo muntazam bo'lsa, elektronlar buni deyarli sezmaydilar (bu zarrachalarning to'lqin tabiatining natijasidir). Biroq, birinchidan, panjara joylaridagi atomlarning o'zlari uning muntazamligini buzadigan termal tebranishlarga duchor bo'ladilar, ikkinchidan, panjara nuqsonlari - nopoklik atomlari, dislokatsiyalar, vakansiyalar ham elektronlar harakatiga ta'sir qiladi.
- Kimyoviy ta'sir elektrolitlarda kuzatiladi. Elektr maydoni qo'llanilganda, elektrolitik eritma dissotsilangan qarama-qarshi zaryadlangan ionlar qarama-qarshi elektrodlarga bo'linadi, bu esa elektrolitning kimyoviy parchalanishiga olib keladi.
Zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakati ilmiy tadqiqot mavzusi boʻlgan hollar bundan mustasno, u odamni oʻzining makroskopik koʻrinishlari bilan qiziqtiradi. Biz uchun tokning o'zi emas, balki yuqorida sanab o'tilgan, elektr energiyasining boshqa shakllarga aylanishi tufayli yuzaga keladigan hodisalar muhim ahamiyatga ega.
Hozirgi barcha harakatlar bizning hayotimizda ikki tomonlama rol o'ynaydi. Ba'zi hollarda odamlarni va jihozlarni ulardan himoya qilish kerak bo'lsa, boshqalarida elektr zaryadlarining yo'n altirilgan o'tkazilishi natijasida yuzaga keladigan u yoki bu ta'sirni olish to'g'ridan-to'g'ri bo'ladi.turli xil texnik qurilmalarning maqsadi.
