Jaký je řízený pohyb nabitých částic? Pro mnohé je to nepochopitelná oblast, ale ve skutečnosti je vše velmi jednoduché. Takže, když mluví o řízeném pohybu nabitých částic, mají na mysli proud. Podívejme se na jeho hlavní charakteristiky a formulace a také při práci s ním zvažte bezpečnostní problémy.
Obecné informace
Začněte definicí. Elektrickým proudem se vždy rozumí uspořádaný (řízený) pohyb nabitých částic, který se uskutečňuje pod vlivem elektrického pole. O jaké předměty lze v tomto případě uvažovat? Částicemi se rozumí elektrony, ionty, protony, díry. Je také důležité vědět, jaká je aktuální síla. Toto je počet nabitých částic, které protečou průřezem vodiče za jednotku času.
Povaha jevu
Všechny fyzikální látky se skládají z molekul, které se tvoří z atomů. Také nejsou konečným materiálem, protože mají prvky (jádro a kolem něj obíhající elektrony). Všechny chemické reakce jsou doprovázeny pohybem částic. Například za účasti elektronů některé atomy zaznamenají jejich nedostatek, zatímco jiné zažijí nadbytek. V tomto případě mají látky opačné náboje. Pokud dojde k jejich kontaktu, pak elektrony z jednoho budou mít tendenci přejít k druhému.
Taková fyzikální podstata elementárních částic vysvětluje podstatu elektrického proudu. Tento směrový pohyb nabitých částic bude pokračovat, dokud se hodnoty nevyrovnají. V tomto případě je reakce na změny řetězová. Jinými slovy, místo odcházejícího elektronu přichází na jeho místo jiný. K nahrazení se používají částice sousedního atomu. Ale ani tím řetěz nekončí. Elektron může také přijít k extrémnímu atomu, například ze záporného pólu zdroje protékajícího proudu.
Příkladem takové situace je baterie. Ze záporné strany vodiče se elektrony přesunou ke kladnému pólu zdroje. Když dojdou všechny částice v negativně infikované složce, proud se zastaví. V tomto případě je baterie údajně vybitá. Jaká je rychlost usměrněného pohybu takto se pohybujících nabitých částic? Zodpovědět tuto otázku není tak snadné, jak by se mohlo na první pohled zdát.
Role stresu
K čemu se tento koncept používá? Napětí je charakteristikou elektrického pole, což je potenciálový rozdíl mezi dvěma body, které jsou v něm. Mnohým se to může zdát matoucí. Pokud jde o řízený (uspořádaný) pohyb nabitých částic, pak musíte rozumět napětí.
Představme si, že máme jednoduchý vodič. Může to být drát vyrobený z kovu, jako je měď nebo hliník. V našem případě to není tak důležité. Hmotnost elektronu je 9,10938215(45)×10-31kg. To znamená, že je docela materiální. Ale kov vodiče je pevný. Jak jím tedy mohou proudit elektrony?
Proč mohou být kovové výrobky aktuální
Vraťme se k základům chemie, které měl každý z nás možnost naučit se ve škole. Pokud je počet elektronů v látce roven počtu protonů, pak je zajištěna neutralita prvku. Na základě periodického zákona Mendělejeva je určeno, se kterou látkou je třeba zacházet. Záleží na počtu protonů a neutronů. Není možné ignorovat velký rozdíl mezi hmotnostmi jádra a elektronů. Pokud jsou odstraněny, hmotnost atomu zůstane prakticky nezměněna.
Například hmotnost protonu je přibližně o 1836 větší než hodnota elektronu. Tyto mikroskopické částice jsou ale velmi důležité, protože mohou snadno opustit některé atomy a připojit se k jiným. Snížení nebo zvýšení jejich počtu přitom vede kke změně náboje atomu. Pokud uvažujeme jeden atom, pak jeho počet elektronů bude vždy proměnný. Neustále odcházejí a vracejí se. To je způsobeno tepelným pohybem a ztrátou energie.
Chemická specifičnost fyzikálního jevu
Pokud dojde k řízenému pohybu elektricky nabitých částic, neztrácí se atomová hmota? Mění se složení dirigenta? To je velmi důležitá mylná představa, která mnohé mate. Odpověď je v tomto případě pouze negativní. To je způsobeno skutečností, že chemické prvky nejsou určeny jejich atomovou hmotností, ale počtem protonů, které jsou v jádře. Přítomnost či nepřítomnost elektronů/neutronů v tomto případě nehraje roli. V praxi to vypadá takto:
- Přičtěte nebo odečtěte elektrony. Ukáže se iont.
- Přičtěte nebo odečtěte neutrony. Ukázalo se, že jde o izotop.
Chemický prvek se nemění. Ale u protonů je situace jiná. Pokud je pouze jedna, pak máme vodík. Dva protony – a mluvíme o heliu. Tyto tři částice jsou lithium. Atd. Koho zajímá pokračování, může se podívat do periodické tabulky. Pamatujte: i když proud prochází vodičem tisíckrát, jeho chemické složení se nezmění. Ale možná jinak.
Elektrolyty a další zajímavé body
Zvláštností elektrolytů je to, že se mění jejich chemické složení. Pak pod vlivem prouduelektrolytické prvky. Když je jejich potenciál vyčerpán, řízený pohyb nabitých částic se zastaví. Tato situace je způsobena skutečností, že nosiče náboje v elektrolytech jsou ionty.
Navíc existují chemické prvky zcela bez elektronů. Příklad by byl:
- Atomový kosmický vodík.
- Všechny látky, které jsou ve stavu plazmy.
- Plyny v horních vrstvách atmosféry (nejen Země, ale i jiné planety, kde jsou vzdušné hmoty).
- Obsah urychlovačů a urychlovačů.
Je třeba také poznamenat, že pod vlivem elektrického proudu se mohou některé chemikálie doslova rozpadat. Známým příkladem je pojistka. Jak to vypadá na mikroúrovni? Pohybující se elektrony tlačí atomy v jejich cestě. Pokud je proud velmi silný, pak krystalová mřížka vodiče nevydrží a zničí se a látka se roztaví.
Zpět na rychlost
Dříve byl tento bod povrchně zmiňován. Nyní se na to podíváme blíže. Je třeba poznamenat, že pojem rychlosti usměrněného pohybu nabitých částic ve formě elektrického proudu neexistuje. To je způsobeno skutečností, že různé hodnoty se prolínají. Elektrické pole se tedy šíří vodičem rychlostí, která se blíží pohybu světla, tedy asi 300 000 kilometrů za sekundu.
Pod jeho vlivem se všechny elektrony začnou pohybovat. Ale jejich rychlostvelmi malé. Je to přibližně 0,007 milimetru za sekundu. Zároveň se také náhodně řítí v tepelném pohybu. V případě protonů a neutronů je situace jiná. Jsou příliš velké na to, aby se jim přihodily stejné události. Zpravidla není nutné hovořit o jejich rychlosti blížící se hodnotě světla.
Fyzikální parametry
Nyní se podíváme na to, jaký je pohyb nabitých částic v elektrickém poli z fyzikálního hlediska. K tomu si představme, že máme kartonovou krabici, do které se vejde 12 lahví syceného nápoje. Zároveň je tam pokus umístit další kontejner. Předpokládejme, že se to podařilo. Krabice ale sotva přežila. Když se pokusíte vložit další láhev, rozbije se a všechny nádoby vypadnou.
Dotyčnou krabici lze přirovnat k průřezu vodiče. Čím vyšší je tento parametr (silnější drát), tím větší proud může poskytnout. To určuje, jaký objem může mít řízený pohyb nabitých částic. V našem případě krabice obsahující od jedné do dvanácti lahví snadno splní svůj účel (nepraskne). Analogicky můžeme říci, že vodič nebude hořet.
Pokud překročíte uvedenou hodnotu, objekt selže. V případě vodiče vstoupí do hry odpor. Ohmův zákon velmi dobře popisuje řízený pohyb elektricky nabitých částic.
Vztah mezi různými fyzickými parametry
Za krabiciz našeho příkladu můžete dát ještě jeden. V tomto případě nelze umístit na jednotku plochy 12, ale až 24 lahví. Přidáme ještě jednu – a je jich třicet šest. Jednu z krabic lze považovat za fyzickou jednotku, analogickou k napětí.
Čím je širší (čímž se snižuje odpor), tím více lahví (které v našem příkladu nahrazují proud) lze umístit. Zvětšením stohu krabic můžete umístit další kontejnery na jednotku plochy. V tomto případě se výkon zvyšuje. Tím se nezničí krabice (vodič). Zde je shrnutí této analogie:
- Celkový počet lahví zvyšuje výkon.
- Počet nádob v poli udává aktuální sílu.
- Počet krabic na výšku umožňuje posoudit napětí.
- Šířka krabice poskytuje představu o odporu.
Možná nebezpečí
Už jsme mluvili o tom, že řízený pohyb nabitých částic se nazývá proud. Je třeba poznamenat, že tento jev může být nebezpečný pro lidské zdraví a dokonce i pro život. Zde je souhrn vlastností elektrického proudu:
- Zajišťuje ohřev vodiče, kterým proudí. Pokud dojde k přetížení domácí elektrické sítě, izolace se postupně zuhelnatí a rozpadne. V důsledku toho existuje možnost zkratu, což je velmi nebezpečné.
- Elektrický proud, když protéká domácími spotřebiči a dráty, se setkáváodolnost prvků tvořících materiály. Proto zvolí cestu, která má pro tento parametr minimální hodnotu.
- Pokud dojde ke zkratu, síla proudu prudce vzroste. Tím se uvolňuje značné množství tepla. Dokáže roztavit kov.
- V důsledku pronikání vlhkosti může dojít ke zkratu. V případech, o kterých jsme hovořili výše, se blízké předměty rozsvítí, ale v tomto případě lidé vždy trpí.
- Úraz elektrickým proudem představuje značné nebezpečí. Je dost pravděpodobné, že dokonce fatální. Když lidským tělem protéká elektrický proud, odpor tkání se značně snižuje. Začnou se zahřívat. V tomto případě jsou buňky zničeny a nervová zakončení odumírají.
Bezpečnostní problémy
Abyste se vyhnuli působení elektrického proudu, musíte používat speciální ochranné prostředky. Práce by měla být prováděna v gumových rukavicích za použití podložky ze stejného materiálu, výbojových tyčí a také uzemňovacích zařízení pro pracoviště a zařízení.
Spínače obvodů s různými ochranami se osvědčily jako zařízení, které může zachránit život člověka.
Při práci bychom také neměli zapomínat na základní bezpečnostní opatření. Pokud dojde k požáru elektrického zařízení, lze použít pouze hasicí přístroje s oxidem uhličitým a práškové. Ty poslední vykazují nejlepší výsledky v boji s ohněm, ale vybavení pokryté prachem nelze vždy obnovit.
Závěr
Na příkladech srozumitelných každému čtenáři jsme zjistili, že uspořádaný řízený pohyb nabitých částic se nazývá elektrický proud. Jde o velmi zajímavý fenomén, důležitý z pozic fyziky i chemie. Elektrický proud je neúnavným pomocníkem člověka. Musí se s ním však zacházet opatrně. Článek pojednává o bezpečnostních problémech, kterým je třeba věnovat pozornost, pokud si nepřejete zemřít.
