ما هي قوة التيار الكهربائي. ما هو التيار الكهربائي
في هذه المقالة سوف تتعلم تعريفات التيار الكهربائي والأمبيرية والجهد. دعونا نفهم الخصائص والصيغ الرئيسية للتيار، وكيفية حماية نفسك من التيار الكهربائي.
تعريف
في كتاب الفيزياءهناك تعريف:كهرباء- هذه هي الحركة المنظمة (الموجهة) للجزيئات المشحونة تحت تأثير المجال الكهربائي. يمكن أن تكون الجسيمات: الإلكترونات والبروتونات والأيونات والثقوب.
في الكتب الأكاديميةيتم وصف التعريف على النحو التالي:
كهرباءهو معدل تغير الشحنة الكهربائية مع مرور الزمن.
- شحنة الإلكترون سلبية.
- البروتونات- الجسيمات ذات الشحنة الموجبة؛
- النيوترونات- بشحنة محايدة.
القوة الحاليةهو عدد الجسيمات المشحونة (الإلكترونات والبروتونات والأيونات والثقوب) التي تتدفق عبر المقطع العرضي للموصل.
تتكون جميع المواد الفيزيائية، بما في ذلك المعادن، من جزيئات تتكون من ذرات، والتي بدورها تتكون من نوى وإلكترونات تدور حولها. خلال التفاعلات الكيميائيةتنتقل الإلكترونات من ذرة إلى أخرى، وبالتالي فإن ذرات مادة ما تفتقر إلى الإلكترونات، وذرات مادة أخرى بها فائض منها. وهذا يعني أن المواد لها شحنات معاكسة. إذا تلامست، تميل الإلكترونات إلى الانتقال من مادة إلى أخرى. هذه هي حركة الإلكترونات كهرباء. تيار يتدفق حتى تتساوى شحنات المادتين. يتم استبدال الإلكترون الراحل بآخر. أين؟ من الذرة المجاورة إليها - من جارتها، إلى أقصى الحدود، إلى أقصى الحدود - من القطب السالب للمصدر الحالي (على سبيل المثال، البطارية). ومن الطرف الآخر للموصل، تذهب الإلكترونات إلى القطب الموجب للمصدر الحالي. عندما تختفي جميع الإلكترونات الموجودة على القطب السالب، سيتوقف التيار (البطارية فارغة).
الجهد االكهربىهي خاصية للمجال الكهربائي وتمثل فرق الجهد بين نقطتين داخل المجال الكهربائي.
يبدو أن الأمر غير واضح. موصل- في أبسط الحالات، هذا سلك مصنوع من المعدن (يتم استخدام النحاس والألمنيوم في أغلب الأحيان). كتلة الإلكترون هي 9.10938215(45)×10 -31 كجم. إذا كان للإلكترون كتلة، فهذا يعني أنه مادة. لكن الموصل مصنوع من المعدن، والمعدن صلب، فكيف تتدفق خلاله بعض الإلكترونات؟
عدد الإلكترونات في المادة يساوي عدد البروتونات فقط يضمن حيادها، والعنصر الكيميائي نفسه يتحدد بعدد البروتونات والنيوترونات على أساس القانون الدوريمندليف. إذا قمنا، من الناحية النظرية البحتة، بطرح جميع إلكتروناتها من كتلة أي عنصر كيميائي، فإنها لن تقترب عمليا من كتلة أقرب عنصر كيميائي. أكثر مما ينبغي فرق كبيربين كتلتي الإلكترون والنواة (كتلة البروتون الأول فقط أكبر بحوالي 1836 من كتلة الإلكترون). إن النقصان أو الزيادة في عدد الإلكترونات يجب أن يؤدي فقط إلى تغير في الشحنة الكلية للذرة. عدد الإلكترونات في الذرة الفردية متغير دائمًا. إما أن يتركوها بسبب الحركة الحرارية، أو يعودون، بعد أن فقدوا الطاقة.
إذا تحركت الإلكترونات بشكل اتجاهي، فهذا يعني أنها "تترك" ذرتها، ولن تفقد الكتلة الذرية، ونتيجة لذلك، تتغير و التركيب الكيميائيموصل؟ لا. لا يتم تحديد العنصر الكيميائي بالكتلة الذرية، بل بعدد البروتونات الموجودة في نواة الذرة، ولا شيء آخر. وفي هذه الحالة، لا يهم وجود أو عدم وجود الإلكترونات أو النيوترونات في الذرة. لنجمع - نطرح الإلكترونات - نحصل على أيون؛ نضيف - نطرح النيوترونات - نحصل على نظير. وفي هذه الحالة سيبقى العنصر الكيميائي كما هو.
أما بالنسبة للبروتونات، فالأمر مختلف: بروتون واحد هو الهيدروجين، بروتونان هما الهيليوم، وثلاثة بروتونات هي الليثيوم، وما إلى ذلك (انظر الجدول الدوري). ولذلك، بغض النظر عن مقدار التيار الذي تمر به عبر الموصل، فإن تركيبه الكيميائي لن يتغير.
الشوارد الكهربائية هي مسألة أخرى. هذا هو المكان الذي يتغير فيه التركيب الكيميائي. يتم إطلاق عناصر الإلكتروليت من المحلول تحت تأثير التيار. عندما يتم إطلاق سراح الجميع، سيتوقف التيار. وذلك لأن حاملات الشحنة في الإلكتروليتات هي أيونات.
هناك العناصر الكيميائيةبدون إلكترونات:
1. الهيدروجين الكوني الذري.
2. الغازات الموجودة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض والكواكب الأخرى ذات الغلاف الجوي.
2. جميع المواد في حالة البلازما.
3. في المسرعات والمصادمات.
تحت تأثير التيار الكهربائي المواد الكيميائية(الموصلات) يمكن أن "تنتشر". على سبيل المثال، الصمامات. تدفع الإلكترونات المتحركة الذرات بعيدًا عن بعضها البعض على طول مسارها؛ إذا كان التيار قويًا، يتم تدمير الشبكة البلورية للموصل ويذوب الموصل.
دعونا نفكر في تشغيل أجهزة الفراغ الكهربائية.
اسمحوا لي أن أذكرك أنه أثناء عمل تيار كهربائي في موصل عادي، يغادر الإلكترون مكانه، ويترك "ثقبًا" هناك، والذي يمتلئ بعد ذلك بإلكترون من ذرة أخرى، حيث تتشكل بدورها فجوة أيضًا ، والذي يتم ملؤه لاحقًا بإلكترون آخر. تتم عملية حركة الإلكترون برمتها في اتجاه واحد، وتحدث حركة "الثقوب" في الاتجاه المعاكس. أي أن الثقب ظاهرة مؤقتة، فهو يمتلئ على أية حال. التعبئة ضرورية للحفاظ على توازن الشحنة في الذرة.
الآن دعونا نلقي نظرة على تشغيل جهاز فراغ كهربائي. على سبيل المثال، لنأخذ أبسط صمام ثنائي - الكينوترون. تنبعث الإلكترونات الموجودة في الصمام الثنائي أثناء عمل التيار الكهربائي من الكاثود باتجاه الأنود. الكاثود مطلي بأكاسيد معدنية خاصة، مما يسهل هروب الإلكترونات من الكاثود إلى الفراغ (وظيفة الشغل المنخفضة). لا يوجد احتياطي من الإلكترونات في هذا الغشاء الرقيق. لضمان إطلاق الإلكترونات، يتم تسخين الكاثود بقوة بخيط. مع مرور الوقت، يتبخر الفيلم الساخن، ويستقر على جدران القارورة، وتقل انبعاثية الكاثود. ويتم ببساطة التخلص من جهاز التفريغ الإلكتروني هذا. وإذا كان الجهاز باهظ الثمن، يتم استعادته. لاستعادته، يتم فك القارورة، ويتم استبدال الكاثود بأخرى جديدة، وبعد ذلك يتم إغلاق القارورة مرة أخرى.
تتحرك الإلكترونات في الموصل "حاملة على نفسها" كهرباءويتم تجديد الكاثود بالإلكترونات من الموصل المتصل بالكاثود. يتم استبدال الإلكترونات التي تترك الكاثود بإلكترونات من المصدر الحالي.
مفهوم "سرعة حركة التيار الكهربائي" غير موجود. وبسرعة قريبة من سرعة الضوء (300000 كم/ث)، ينتشر مجال كهربائي عبر الموصل، وتحت تأثيره تبدأ جميع الإلكترونات في التحرك بسرعة منخفضة، وهي تساوي تقريبًا 0.007 مم/ث، وليس متناسين أيضًا الاندفاع بشكل فوضوي في الحركة الحرارية.
دعونا الآن نفهم الخصائص الرئيسية للتيار
دعونا نتخيل الصورة: هل لديك معيار صندوق من الورق المقوىمع مشروب قوي لـ 12 زجاجة. وأنت تحاول وضع زجاجة أخرى هناك. لنفترض أنك نجحت، لكن الصندوق بالكاد صمد. تضع واحدًا آخر هناك، وفجأة ينكسر الصندوق وتسقط الزجاجات.
يمكن مقارنة صندوق الزجاجات بمقطع عرضي للموصل:
كلما كان الصندوق أوسع (السلك أكثر سمكًا)، كلما كان كمية كبيرةزجاجات (الطاقة الحالية)، يمكن أن تحتوي على (توفير).
يمكنك وضع من زجاجة واحدة إلى 12 زجاجة في صندوق (في موصل) - لن ينهار (لن يحترق الموصل)، و عدد أكبرزجاجات ( قوة عظيمةالتيار) لا يحتوي على (يمثل المقاومة).
إذا وضعنا صندوقًا آخر فوق الصندوق، فسنضع على وحدة واحدة من المساحة (المقطع العرضي للموصل) ليس 12، بل 24 زجاجة، وواحدة أخرى في الأعلى - 36 زجاجة. ويمكن أخذ أحد الصناديق (طابق واحد) كوحدة مماثلة لجهد التيار الكهربائي.
كلما كان الصندوق أوسع (أقل مقاومة)، زاد عدد الزجاجات (الحالية) التي يمكنه توفيرها.
من خلال زيادة ارتفاع الصناديق (الجهد)، يمكننا زيادة العدد الإجمالي للزجاجات (الطاقة) دون تدمير الصناديق (الموصل).
باستخدام القياس لدينا حصلنا على:
العدد الإجمالي للزجاجات هو الطاقة
عدد الزجاجات في صندوق واحد (طبقة) هو الطاقة الحالية
عدد الصناديق في الارتفاع (الطوابق) هو VOLTAGE
عرض الصندوق (السعة) هو مقاومة قسم الدائرة الكهربائية
ومن خلال التشبيهات السابقة توصلنا إلى " قانون أوما"، والذي يسمى أيضًا قانون أوم لقسم من الدائرة. دعنا نمثلها كصيغة:
أين أنا - القوة الحالية، ش ر - مقاومة.
بعبارات بسيطة، يبدو الأمر كالتالي: التيار يتناسب طرديا مع الجهد ويتناسب عكسيا مع المقاومة.
وبالإضافة إلى ذلك، وصلنا إلى " قانون وات". لنصورها أيضًا في شكل صيغة:
أين أنا - القوة الحالية، ش - الجهد (فرق الجهد)، ر - قوة.
بعبارات بسيطة، يبدو الأمر كالتالي: الطاقة تساوي منتج التيار والجهد.
قوة التيار الكهربائيتقاس بأداة تسمى الأميتر. كما خمنت، يتم قياس كمية التيار الكهربائي (كمية الشحنة المنقولة) بالأمبير. لزيادة نطاق تسميات وحدة التغيير، هناك بادئات تعددية مثل ميكرو - ميكرو أمبير (μA)، ميل - ملي أمبير (mA). لا يتم استخدام وحدات التحكم الأخرى في الاستخدام اليومي. على سبيل المثال: يقولون ويكتبون "عشرة آلاف أمبير"، لكنهم لا يقولون أو يكتبون أبدًا 10 كيلو أمبير. مثل هذه القيم في الحياة العاديةغير حقيقى. ويمكن قول الشيء نفسه عن النانومبس. عادة يقولون ويكتبون 1×10 -9 أمبير.
الجهد الكهربائي(الجهد الكهربائي) يقاس بجهاز يسمى الفولتميتر، كما خمنت، الجهد، أي فرق الجهد الذي يسبب سريان التيار، يقاس بالفولت (V). كما هو الحال بالنسبة للتيار، لزيادة نطاق التسميات هناك بادئات متعددة: (ميكرو - ميكروفولت (μV)، ميل - ميلي فولت (mV)، كيلو - كيلو فولت (kV)، ميجا - ميجا فولت (MV). ويسمى الجهد أيضًا EMF - القوة الدافعة الكهربائية.
المقاومة الكهربائيةتقاس بجهاز يسمى الأومتر، كما خمنت، وحدة المقاومة هي أوم (أوم). كما هو الحال بالنسبة للتيار والجهد، هناك بادئات تعددية: كيلو - كيلو أوم (kOhm)، ميجا - ميجا أوم (MOhm). المعاني الأخرى ليست حقيقية في الحياة اليومية.
لقد تعلمت سابقًا أن مقاومة الموصل تعتمد بشكل مباشر على قطر الموصل. ويمكننا أن نضيف إلى ذلك أنه إذا تم تطبيق تيار كهربائي كبير على موصل رفيع، فلن يتمكن من تمريره، ولهذا السبب سوف يسخن كثيرًا، وفي النهاية، قد يذوب. يعتمد تشغيل الصمامات على هذا المبدأ.
تقع ذرات أي مادة على مسافة معينة من بعضها البعض. في المعادن، تكون المسافات بين الذرات صغيرة جدًا بحيث تتلامس أغلفة الإلكترونات عمليًا. وهذا يسمح للإلكترونات بالتجول بحرية من نواة إلى نواة، مما يخلق تيارًا كهربائيًا، ولهذا السبب تكون المعادن، بالإضافة إلى بعض المواد الأخرى، موصلة للكهرباء. وعلى العكس من ذلك، تحتوي المواد الأخرى على ذرات متباعدة على نطاق واسع، وإلكترونات مرتبطة بإحكام بالنواة، ولا يمكنها التحرك بحرية. مثل هذه المواد ليست موصلة للكهرباء وتسمى عادة بالعازلات، وأشهرها المطاط. هذا هو الجواب على السؤال لماذا الأسلاك الكهربائية مصنوعة من المعدن.
يشار إلى وجود التيار الكهربائي الإجراءات التاليةأو الظواهر المصاحبة له:
;1. الموصل الذي من خلاله يمكن أن تصبح التدفقات الحالية ساخنة؛
2. يمكن للتيار الكهربائي أن يغير التركيب الكيميائي للموصل؛
3. يؤثر التيار بقوة على التيارات المجاورة والأجسام الممغنطة.
عندما يتم فصل الإلكترونات عن النواة، يتم إطلاق كمية معينة من الطاقة، مما يؤدي إلى تسخين الموصل. عادة ما تسمى قدرة "التسخين" للتيار بتبديد الطاقة ويتم قياسها بالواط. وتستخدم نفس الوحدة لقياس الطاقة الميكانيكية المحولة من الطاقة الكهربائية.
المخاطر الكهربائية وغيرها من الخصائص الخطرة للكهرباء واحتياطات السلامة
يقوم التيار الكهربائي بتسخين الموصل الذي يتدفق من خلاله. لهذا السبب:
1. إذا المنزلية الشبكة الكهربائيةعند تعرضه للحمل الزائد، يتفحم العزل ويتفتت تدريجيًا. هناك احتمالية لحدوث ماس كهربائي، وهو أمر خطير للغاية.
2. يواجه التيار الكهربائي الذي يمر عبر الأسلاك والأجهزة المنزلية مقاومة، لذلك "يختار" المسار الأقل مقاومة.
3. في حالة حدوث ماس كهربائي، يزيد التيار بشكل حاد. وفي نفس الوقت يبرز عدد كبير منالحرارة التي يمكن أن تذوب المعدن.
4. يمكن أن تحدث دائرة كهربائية قصيرة أيضًا بسبب الرطوبة. إذا حدث حريق في حالة ماس كهربائي، ففي حالة تعرض الأجهزة الكهربائية للرطوبة، فإن الشخص هو الذي يعاني أولاً.
5. الصدمة الكهربائية خطيرة للغاية ويمكن أن تكون قاتلة. عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر جسم الإنسان، تنخفض مقاومة الأنسجة بشكل حاد. تحدث عمليات تسخين الأنسجة وتدمير الخلايا وموت النهايات العصبية في الجسم.
كيف تحمي نفسك من الصدمات الكهربائية
لحماية نفسك من التعرض للتيار الكهربائي، استخدم وسائل الحماية من الصدمات الكهربائية: العمل بالقفازات المطاطية، واستخدام السجادة المطاطية، وقضبان التفريغ، وأجهزة التأريض للمعدات، وأماكن العمل. قواطع الدائرة ذات الحماية الحرارية والحماية الحالية ليست كذلك علاج سيءالحماية من الصدمات الكهربائية التي يمكن أن تنقذ حياة الإنسان. عندما لا أكون متأكدًا من عدم وجود خطر التعرض لصدمة كهربائية أثناء الأداء عمليات معقدةفي غرف التحكم الكهربائية ووحدات المعدات، عادة ما أعمل بيد واحدة وأضع اليد الأخرى في جيبي. وهذا يلغي احتمال حدوث صدمة كهربائية على طول مسار اليد في حالة التلامس العرضي مع جسم الدرع أو أي أشياء أخرى ضخمة مؤرضة.
لإطفاء الحريق الذي يحدث في المعدات الكهربائية، يتم استخدام طفايات الحريق البودرة أو ثاني أكسيد الكربون فقط. تعد طفايات الحريق أفضل، ولكن بعد تغطية المعدات بالغبار من طفاية الحريق، ليس من الممكن دائمًا استعادة هذه المعدات.
في الفقرة 8 نظرنا إلى تجربة باستخدام مصباح واثنين من اللوالب (المقاومات). لاحظنا أنه بتغيير التيار نعني تغيراً في تدفق الإلكترونات التي تمر عبر الموصل. هذه العبارة المشار إليها الموصلات المعدنية الصلبة.في المعادن السائلة (على سبيل المثال، الزئبق)، في المواد المنصهرة أو الذائبة (على سبيل المثال، في الأملاح والأحماض والقلويات)، وكذلك الغازات، يتم إنشاء التيار بواسطة الإلكترونات والأيونات (انظر الفقرة 8). كل منهم ناقلات الشحنة الكهربائية.
لذلك، من خلال القوة الحالية، يكون من الملائم أن نفهم ليس عدد الجسيمات المشحونة المختلفة (الإلكترونات و/أو الأيونات) التي تمر عبر الموصل خلال فترة من الزمن، ولكن إجمالي الشحنة المنقولة عبر موصل لكل وحدة زمنية.في صيغة الصيغة تبدو كما يلي:
لذا، القوة الحالية - كمية فيزيائية توضح مرور الشحنة عبر موصل لكل وحدة زمنية.
يتم استخدام جهاز لقياس القوة الحالية مقياس التيار الكهربائي.يتم توصيله على التوالي مع قسم الدائرة الذي سيتم قياس التيار فيه. وحدة التيار - 1 أمبير(1 أ). يتم تثبيته عن طريق قياس قوة التفاعل (الجذب أو التنافر) للموصلات مع التيار. للحصول على توضيح، راجع الصورة التي تحتوي على شرائح من الرقائق المعدنية المنشورة في بداية هذا الموضوع.
يعتبر 1 أمبير هو شدة التيار الذي، عند مروره عبر موصلين مستقيمين متوازيين بطول لا نهائي وقطر صغير، يقعان على مسافة 1 متر من بعضهما البعض في الفراغ، يسبب قوة تفاعل تساوي 0.0000002 نيوتن. مقطع من الموصل بطول 1 متر.
دعونا نتعرف قوانين التوزيع الحاليفي دوائر ذات توصيلات مختلفة للموصلات. في المخططات "أ"، "ب"، "ج" يتم توصيل المصباح والمقاومة المتغيرة بالتتابع.في المخططات "d"، "d"، "f" يتم توصيل المصابيح موازي.لنأخذ مقياس التيار الكهربائي ونقيس التيار في الأماكن المميزة بالنقاط الحمراء.
أولاً، نقوم بتشغيل الأميتر بين المقاومة المتغيرة والمصباح (الدائرة "أ")، ونقيس قوة التيار ونرمز إليه بالرمز أناعمومًا. ثم نضع مقياس التيار الكهربائي على يسار المقاومة المتغيرة (الرسم البياني "ب"). دعونا نقيس القوة الحالية ونشير إليها بالرمز أنا1
. ثم نضع الأميتر على يسار المصباح للإشارة إلى قوة التيار أنا2
(الرسم البياني "ج"). 
في جميع أقسام الدائرة ذات التوصيل التسلسلي للموصلات، تكون قوة التيار هي نفسها: 
دعونا الآن نقيس القوة الحالية في مناطق مختلفةدوائر مع اتصال متوازي لمصباحين. في الرسم البياني "د"، يقيس مقياس التيار الكهربائي إجمالي التيار؛ في المخططات "d" و "f" - قوة التيارات التي تمر عبر المصابيح العلوية والسفلية. 
قياسات عديدة تظهر ذلك القوة الحالية في الجزء غير المتفرع من الدائرة مع التوصيل المتوازي للموصلات (إجمالي القوة الحالية) تساوي مجموع نقاط القوة الحالية في جميع فروع هذه الدائرة. 
وميض مبهر من البرق، وقصف الرعد. لفترة طويلة، لاحظت البشرية هذه الظواهر الطبيعية الهائلة، ودون فهمها، شعرت بالخوف منها. ومنذ ما يزيد قليلاً عن مائة عام، علم الناس قوى الطبيعة الكهربائية أن تخدم أنفسهم.
اكسبريس فيزياء
في الطبيعة هناك جسيمات مشحونة صغيرة. هناك جسيمات مشحونة ولها شحنة بعلامة زائد، وهناك جسيمات لها شحنة سالبة بعلامة سالب. تسمى الجسيمات التي لها شحنة سالبة الإلكترونات. يمكنهم العمل على الموصلات المعدنية. وأطلق العلماء على هذا التدفق للجسيمات المشحونة اسم التيار الكهربائي.
ما هي الخصائص التي يمتلكها التيار؟ أولا، هذه هي القوة الحالية وكثافته، وثانيا، هذه هي القوة الحالية. سننظر إلى كثافة التيار وطاقته في مقال آخر، والآن دعونا نحول انتباهنا إلى قوة التيار. دعونا نفكر في ما هو التعريف والمعنى الذي تحمله هذه الكمية في الفيزياء. ما هي التسميات المستخدمة للتيار؟ كيفية العثور على القوة الحالية؟ دعونا نتعلم حقائق مثيرة للاهتمام وتعليمية حول القوة الحالية.
لغة الصيغة
القوة الحالية هي كمية فيزيائية لا تحدد تنوع الجزيئات التي مرت عبر المقطع العرضي للموصل، ولكن الشحنة الإجمالية التي يتم نقلها عبر الموصل لكل وحدة زمنية. تبدو هكذا:
- أنا = ف / ر
حيث I هي قوتنا الحالية المقاسة بالأمبير (A)، وq هي الشحنة التي تمر عبر الموصل، ووحدات قياسها هي كولوم (C)، وt هو وقت المراقبة المقاس بالثواني (الثواني).
ووفقاً لقانون أوم يمكن تحديد التيار على النحو التالي، ولهذا سنحتاج إلى معرفة جهد مقطع الدائرة U مقاساً بالفولت (V)، ومقاومته R مقاسة بالأوم (أوم):
- أنا = ش / ر
كيف يمكننا تحديد شدة التيار إذا كنا لا نعرف الشحنة التي تمر عبر الموصل؟ كيف تجد القوة الحالية إذا لم تكن هذه مشكلة مدرسية؟ هناك جهاز خاص لهذا - مقياس التيار الكهربائي. لتحديد القوة الحالية، يجب علينا توصيل جهازنا على التوالي مع قسم الدائرة الذي نقيس فيه القوة الحالية. إن القدرة على تحديد القوة الحالية أمر مهم للغاية وضروري ببساطة الحياة اليومية. تيار 0.01 أمبير لا يتم الشعور به أو الشعور به ولكنه ضعيف جدًا. لكن تيار 0.1 أمبير يؤدي إلى اضطرابات كبيرة في جسم الإنسان. والتيار الذي يزيد عن 0.2 أمبير قاتل، ويؤدي إلى حروق شديدة وتوقف التنفس. كن حذرًا للغاية وحذرًا مع القوة الحالية!
السادة، مرحبا بالجميع!
سنتحدث اليوم عن هذا المفهوم الأساسي للفيزياء بشكل عام والإلكترونيات بشكل خاص القوة الحالية. ربما سمع كل واحد منكم هذا المصطلح أكثر من مرة. اليوم سنحاول فهم ذلك بشكل أفضل قليلاً.
اليوم سنتحدث في المقام الأول عن العاصمة. أي عن شيء مقداره ثابت في القوة والاتجاه في كل وقت. أيها السادة الأعزاء، قد يبدأ الملل في التعمق في الأمر - ماذا تعني عبارة "طوال الوقت"؟ لا يوجد مثل هذا المصطلح. لهذا يمكننا الإجابة على أن القيمة الحالية لا ينبغي أن تتغير طوال الوقت الملاحظات.
لذا، الحالي. القوة الحالية. ما هذا؟ كل شيء بسيط للغاية. التيار هو الحركة الاتجاهية للجزيئات المشحونة.يرجى ملاحظة ذلك أيها السادة توجه. إن الحركة العشوائية - الحرارية - التي تندفع منها الإلكترونات في المعدن أو الأيونات في السائل/الغاز ذهابًا وإيابًا، لا تهمنا كثيرًا. ولكن إذا قمت بتركيب حركة جميع الجزيئات في اتجاه واحد على هذه الحركة العشوائية، فهذا كاليكو مختلف تمامًا.
ما هي أنواع الجسيمات المشحونة التي يمكن أن تكون موجودة؟ بشكل عام، لا يهم ما هو عليه، لا يهم. الأيونات الموجبة والأيونات السالبة والإلكترونات - لا يهم. إذا كانت لدينا حركة موجهة لهؤلاء الرفاق المحترمين، فهذا يعني أن هناك تيارا كهربائيا.
ومن الواضح أن التيار لديه بعض الاتجاه. خلف اتجاه التيارمن المعتاد افتراض حركة الجزيئات الإيجابية. أي أنه على الرغم من أن الإلكترونات تسير من ناقص إلى زائد، فمن المعتقد أن اتجاه التيار في هذه الحالة هو عكس ذلك - من زائد إلى ناقص. هذه هي الطريقة ملتوية كل شيء. ماذا يمكنك أن تفعل - تحية للتقاليد.
يظهر الشكل 1 تمثيل تخطيطي للموصل الحامل للتيار.
الشكل 1 - تمثيل تخطيطي للموصل الحامل للتيار
دعونا نتخيل سحابة مع البعوض. نعم، أعرف، مخلوقات حقيرة، والسحابة بشكل عام نوع من الرعب. ولكن لا يزال، قمع الاشمئزاز، سنحاول تخيلهم. لذا، في هذه السحابة، كل بعوضة سيئة تطير بمفردها. هذه حركة غير منظمة. الآن دعونا نتخيل نسيم الادخار. وفي الوقت نفسه، يحمل هذا الحشد بأكمله من البعوض في اتجاه واحد، ونأمل أن يكون بعيدًا عنا. هذه حركة موجهة. استبدال البعوض بالإلكترونات، والنسيم بشيء غامض القوة الدافعةنحصل بشكل عام على نوع من التشابه مع التيار الكهربائي.
في أغلب الأحيان، هناك تيار ناتج عن حركة الإلكترونات. نعم أيها الأصدقاء، طوال حياتنا نحن محاطون بإلكترونيات صغيرة فقيرة، مجبرون على التحرك في الاتجاه، كما يمكن للمرء أن يقول في التشكيل، تحت تأثير القوة القسرية. إنها تعمل على طول خطوط الكهرباء، في جميع مقابسنا، في جميع أجهزتنا الذكية - أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية وتعمل تمامًا مثل بابا كارلو لجعل حياتنا الصعبة أسهل وملؤها بالمتعة.
البعوض هو بعوض، هذا أمر رائع، ولكن حان الوقت لوضع تعريفات رسمية.
لذلك، أيها السادة، القوة الحالية هي نسبة الشحنة Δq، التي يتم نقلها عبر مقطع عرضي معين للموصل S خلال الوقت ∆t. 
يتم قياس القوة الحالية، كما يعلم الكثيرون بالفعل، بالأمبير. إذن - التيار في الموصل يساوي 1 أمبير إذا مر 1 كولوم عبر هذا الموصل في ثانية واحدة.
"عظيم!" - سوف يصيح عزيزي القارئ. وماذا أفعل بهذه الصيغة؟!! حسنًا، حسنًا، لدي ساعة توقيت على جهاز iPhone الخاص بي، وسوف أضبطها. ماذا عن التهمة؟ هل يجب أن أحسب عدد الإلكترونات الموجودة في السلك ثم أضربها في شحنة إلكترون واحد، ولحسن الحظ هذه كمية معروفة، حتى أتمكن من تحديد التيار؟!
الهدوء أيها السادة! كل شيء سيكون. لا تتسرع. في الوقت الحالي، تذكر فقط أنه كان هناك نوع من الصيغة. ثم اتضح أنه بمساعدتها يمكنك حساب بعض الأشياء الرائعة مثل شحن المكثفات وأكثر من ذلك بكثير.
حسنًا، في الوقت الحالي... في الوقت الحالي، يمكنك أخذ مقياس التيار الكهربائي وقياس التيار في الدائرة باستخدام مصباح كهربائي ومعرفة مقدار الشحنة التي تتدفق في كل ثانية عبر المقطع العرضي للموصل ف = أنا ر = أنا 1ج= أنا.
نعم، في كل ثانية، تتدفق شحنة مساوية للتيار الموجود فيها عبر مقطع عرضي للموصل. يمكنك الآن ضرب هذه القيمة بشحنة الإلكترون (لأولئك الذين نسوا أذكرك أنها تساوي) ومعرفة عدد الإلكترونات التي تعمل في الدائرة. قد تطرح أسئلة - لماذا؟ إجابة المؤلف للمتعة فقط. من غير المرجح أن تحصل على أي فائدة عملية من هذا. إلا إذا كنت ترضي معلمك. هذه المشكلة أكاديمية بحتة.
قد يطرح السؤال - كيف يقيس مقياس التيار التيار؟ هل يقوم بعد الإلكترونات؟ بالطبع لا أيها السادة. لدينا هنا غير مباشرقياسات. وهي تعتمد على العمل المغناطيسي للتيار في مقاييس التيار التناظرية القديمة أو على قانون أوم - عن طريق تحويل التيار المتدفق من خلال مقاومة معروفة إلى جهد ومن ثم معالجته - في جميع المقاييس المتعددة الحديثة. ولكن أكثر عن ذلك لاحقا.
الآن سأقدم هذا الحساب. إنه أمر بسيط للغاية وينبغي استيعابه حتى من قبل الإنسانيين. إذا كان لديك تعصب فردي تجاه ماتان، حسنًا، يمكنك فقط إلقاء نظرة على النتيجة.
دعونا نتذكر مهمتنا ∆فالذي يمر خلال الوقت ∆رمن خلال المقطع العرضي للموصل ∆Sالذي تحدثنا عنه أعلى قليلا. فمثل علماء الرياضيات الحقيقيين، سوف نقوم بتعقيد الأمر إلى حد شنيع، بحيث لا يتبين أننا قد كتبنا هوية إلا بعد إجهاد الدماغ.
أيها السادة، بصراحة، لا يوجد خداع. ه - شحنة الإلكترون، ن - تركيز الإلكترون، أي عدد القطع في القطعة الواحدة متر مكعب, الخامس - سرعة حركة الإلكترون. من الواضح أن v∙∆t∙∆S - هذا هو الحجم الذي ستنتقل عبره الإلكترونات. نضرب التركيز بالحجم - نحصل على قطع عدد قطع الإلكترونات التي مرت. نضرب القطع بشحنة إلكترون واحد - نحصل على الشحنة الإجمالية التي تمر عبر المقطع العرضي. قلت لك كل شيء كان عادلا!
دعونا نقدم مفهوم الكثافة الحالية. المملون الذين قرأوا بالفعل شيئًا عن هذا سوف يهتفون الآن - آها، هذه كمية متجهة! أنا لا أجادل أيها السادة، إنه ناقل. ولكن لتبسيط حياة صعبة بالفعل، سنفترض أن اتجاه ناقل الكثافة الحالي يتزامن مع محور الموصل، وهو ما يحدث في معظم الحالات. لذلك، تصبح المتجهات على الفور كميات قياسية. بشكل تقريبي، كثافة التيار هي عدد الأمبيرات الموجودة لكل واحد متر مربعالمقاطع العرضية للموصل. من الواضح، للقيام بذلك، تحتاج إلى تقسيم التيار على المنطقة. لدينا
الآن، آمل أن يكون واضحًا لماذا قمنا بتحويل الصيغة بهذه الطريقة؟ لخفض مجموعة من الأشياء!
نتذكر الشيء الرئيسي - نحن نبحث عن السرعة. دعنا نعبر عنها:
كل شيء سيكون على ما يرام، لكننا لا نعرف التركيز بعد. دعونا نتذكر الكيمياء. كان هناك مثل هذه الصيغة
أين ρ=8900 كجم/م3- كثافة النحاس، ن أ =6·10 23رقم أفوجادرو م = 0.0635 كجم / مول - الكتلة المولية.
أيها السادة، آمل ألا تكون هناك حاجة لشرح من أين جاءت هذه الصيغة. لأكون صادقًا، أنا لست جيدًا جدًا في الكيمياء. على الرغم من أنني درست في المدرسة لمدة 11 عامًا دراسة متعمقةومع ذلك، دخلت الكيمياء في الصف الثامن إلى صف الفيزياء والرياضيات، وأصبحت مهتمًا بالفيزياء، وخاصة الجزء الذي يتحدث عن الكهرباء، ويمكن القول إنني تخليت عن الكيمياء. في الواقع، لم يسألونا بعمق عن ذلك؛ كنا فيزيائيين. ومع ذلك، إذا ظهرت الحاجة فجأة، فأنا لا أزال على استعداد للتعمق في هذه الغابة الكيميائية وإخبارك ما هو الأمر.
وبالتالي فإن سرعة حركة الإلكترونات في الموصل مع التيار تساوي
دعونا نستبدل أرقام محددة. من أجل الوضوح، دعونا نحدد كثافة التيار بـ 5 أمبير/مم2.
لدينا بالفعل جميع الأرقام الأخرى. قد يطرح السؤال - لماذا بالضبط 5 أمبير / مم 2.
الأمر بسيط أيها السادة. هذه ليست المرة الأولى التي يشارك فيها الناس في مجال الإلكترونيات. وقد تراكمت بعض الخبرات في هذا المجال، أو، من الناحية العلمية، البيانات التجريبية. لذا، تشير هذه البيانات التجريبية إلى أن كثافة التيار المسموح بها في الأسلاك النحاسية تكون عادة 5-10 أمبير/مم 2. عند كثافات تيار أعلى، من الممكن حدوث ارتفاع درجة حرارة الموصل بشكل غير مقبول. ومع ذلك، بالنسبة للمسارات الموجودة على لوحة الدوائر المطبوعة، تكون هذه القيمة أعلى بكثير وتصل إلى 20 أمبير/مم2 أو أكثر. ومع ذلك، هذا موضوع لمحادثة مختلفة تماما. لنعد إلى مهمتنا، وهي حساب سرعة الإلكترونات في الموصل. استبدال الأرقام، نحصل على ذلك
أيها السادة، إن الحساب يظهر بشكل لا يقبل الجدل أن الإلكترونات الموجودة في موصل يحمل تيارًا كهربائيًا تتحرك بسرعة 0.37 ملليمتر فقط في الثانية! بطيء جدا. ومع ذلك، يجب أن نتذكر أن هذه ليست حركة حرارية، ولكنها حركة اتجاهية. الحركة الحرارية أكبر بكثير، حيث تصل إلى 100 كم/ثانية. سؤال معقول - لماذا يومض الضوء فورًا عندما أقوم بتشغيل المفتاح؟ هل تتذكر ما قلته عن نوع ما من القوة القسرية؟ انها عنها! لكن المزيد عن هذا في المقالة التالية. حظا سعيدا لكم جميعا، ونراكم مرة أخرى!
انضم الينا
سيتم خلال هذا الدرس تعريف ظاهرة التيار الكهربائي، حالات مختلفةمساره وتأثيراته المختلفة على الأجسام. وسنقوم أيضًا بتوصيف التيار باستخدام مقدار التيار، وسنقدم تعريفًا له، وننظر أيضًا في علاقته بالكميات الفيزيائية الأخرى.
من هذا الدرس نبدأ في تكرار المعرفة التي اكتسبناها في الصف الثامن عن التيار الكهربائي، وكذلك تعميق هذه المعرفة.
تعريف.كهرباء- الحركة المنظمة الموجهة للجسيمات المشحونة (الشكل 1).
أرز. 1. حركة الجزيئات المشحونة
يمكن أن تكون الجسيمات المذكورة مختلفة تمامًا: الإلكترونات والأيونات (الموجبة والسالبة). حتى الجسم الكبير العادي (الكرة على سبيل المثال)، والذي يُعطى شحنة معينة وسرعة معينة، ينتج تيارًا من خلال حركته.
ومن المهم أيضًا أن نفهم أن الحركة المنظمة لا يجب أن تمتد إلى جميع الجسيمات. يمكن لكل جسيم أن يتحرك بشكل فوضوي، ولكن بشكل عام يتم إزاحة الكتلة الكاملة لهذه الجسيمات في اتجاه معين، وهذا الإزاحة هو الذي يسبب وجود التيار (الشكل 2).
أرز. 2. الحركة المنظمة
من أجل البساطة، سوف ندرس ما يسمى العاصمة.أي أن التيار الذي لا يغير عنده متوسط سرعة الجسيمات المشحونة قيمته أو اتجاهه.
الكمية المادية الرئيسية التي تميز التيار هي القوة الحالية.
يحتوي التيار على ثلاثة إجراءات رئيسية (خصائص).
- الحرارية.عندما يتم تمرير التيار عبر موصل، يتم إطلاق الحرارة بشكل نشط (الشكل 3).
أرز. 3. التأثير الحراري للتيار
- المواد الكيميائية.يمكن أن يؤثر التدفق الحالي التركيب الكيميائيالمواد (الشكل 4).
أرز. 4. العمل الكيميائيحاضِر
- مغناطيسي.وجود التيار يبدأ الوجود حقل مغناطيسي(الشكل 5).
أرز. 5. التأثير المغناطيسي للتيار
يتم تحديد القوة الحالية بنسبة الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي لكل وحدة زمنية (لكل فاصل زمني) (الشكل 6).
تعريف.القوة الحالية- كمية فيزيائية تساوي نسبة الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل إلى الفترة الزمنية التي مرت خلالها هذه الشحنة.
وحدة القياس: أ – أمبير (تكريما للفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير (الشكل 7).
أرز. 7. أندريه ماري أمبير (1775-1836)
جهاز قياس التيار هو مقياس التيار الكهربائي (الشكل 8، 9). هذا جهاز كهربائي يجب توصيله في دائرة متسلسلة مع القسم الذي يجب قياس القوة الحالية فيه (الشكل 10).
أرز. 8. مظهرمقياس التيار الكهربائي
أرز. 9. تعيين مقياس التيار الكهربائي على الرسم البياني الكهربائي
أرز. 10. يتم توصيل الأميتر على التوالي بالدائرة
يمكن تشبيه التيار الكهربائي بحركة الماء عبر الأنبوب، والأميتر هو جهاز يقيس سرعة هذه الحركة.
دعونا ننظر في حالة تدفق التيار المباشر في موصل أسطواني ونشتق صيغة تحدد سرعة الحركة المنظمة للإلكترونات في المعادن.
أرز. 11. مخطط تدفق التيار في الموصل
دعونا نكتب تعريف التيار:
خلال ذلك الوقت، تمكنت جميع تلك الإلكترونات الموجودة في مساحة الموصل، والمحدودة بالطول (المسافة التي قطعتها الإلكترونات عبر الزمن)، من عبور المقطع العرضي. ولذلك يمكن حسابها على النحو التالي:
هنا: - تهمة جسيم واحد؛ - تركيز الإلكترونات في الموصل.
لنعوض بهذه المساواة في تعريف شدة التيار، مع الأخذ بعين الاعتبار أن القيمة المطلقة لشحنة الإلكترون:
متوسط سرعة الحركة المطلوبة للشحنات.
نحصل على الصيغة:
أي أن القوة الحالية وسرعة الحركة الاتجاهية للإلكترونات هي كميات متناسبة طرديًا.
لتحديد تركيز الإلكترون، من الضروري تطبيق الصيغ من دورة الفيزياء الجزيئية. إذا افترضنا أن هناك إلكترونًا واحدًا لكل ذرة من المادة الموصلة، فإن ما يلي صحيح:
وبمعرفة ذلك نحصل على:
دعونا نستبدل و، أين هي الكتلة المولية (كتلة مول واحد من المادة)؛ - عدد أفوجادرو (عدد الجزيئات الموجودة في المول الواحد من المادة). نحن نحصل:
وهذا يعني، في ظل افتراضنا، أن تركيز الإلكترونات الحرة يعتمد فقط على مادة الموصل (الكثافة والكتلة المولية).
أرز. 12. تبدأ جميع الإلكترونات في كامل حجم الموصل بالتحرك في وقت واحد تقريبًا
وفي الدرس القادم سوف نتناول الشروط التي يكون وجودها ضرورياً لوجود التيار.
فهرس
- تيخوميروفا إس إيه، يافورسكي بي إم. الفيزياء ( مستوى أساسي من) - م: منيموسين، 2012.
- جيندنشتاين إل إي، ديك يو.آي. الفيزياء الصف العاشر. - م: اليكسا، 2005.
- مياكيشيف جي.يا.، سينياكوف أ.ز.، سلوبودسكوف ب.أ. الفيزياء. الديناميكا الكهربائية. - م: 2010.
- بوابة الإنترنت "Physics.ru" ().
- بوابة الإنترنت "Mugo.narod.ru" ().
- بوابة الإنترنت "التيار الكهربائي. القوة والكثافة الحالية" ().
العمل في المنزل
- صفحة 101: رقم 775. الفيزياء. كتاب المشكلة. 10-11 درجات. ريمكيفيتش أ.ب. - م: حبارى، 2013. ()
- هل تتحرك الجسيمات المشحونة في موصل لا يمر عبره تيار؟
- ما هي تأثيرات التيار التي يمكن ملاحظتها من خلال مرور التيار؟ مياه البحر?
- ما شدة التيار التي يمر بها 32 C عبر المقطع العرضي للموصل خلال 4 s؟
- *هل التيار الكهربائي ممكن في غياب المجال الكهربائي؟
