Agos ng kuryente sa iba't ibang kapaligiran

Pahina 1

Ang mekanismo ng kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng mga metal sa solid at likidong estado ay tinutukoy ng paggalaw ng mga libreng electron, bilang isang resulta kung saan sila ay tinatawag na mga conductor na may electronic conductivity, o mga conductor ng unang uri.  

Ang mekanismo ng kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng mga metal sa solid at likidong estado ay tinutukoy ng paggalaw ng mga libreng electron, bilang isang resulta kung saan sila ay tinatawag na mga conductor na may electronic conductivity, o mga conductor ng unang uri. Ang mga konduktor ng pangalawang uri, o electrolytes, ay mga solusyon (karamihan ay may tubig) ng mga acid, alkali at asin. Ang pagpasa ng kasalukuyang sa pamamagitan ng mga conductor na ito ay nauugnay sa paglipat ng mga bahagi ng molekula (ions) kasama ang mga singil sa kuryente, bilang isang resulta kung saan ang komposisyon ng electrolyte ay unti-unting nagbabago, at ang mga produktong electrolysis ay inilabas sa mga electrodes.  

Ang mekanismo ng kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng mga metal sa solid at likidong estado ay tinutukoy ng paggalaw ng mga libreng electron, bilang isang resulta kung saan sila ay tinatawag na mga conductor na may electronic conductivity, o mga conductor ng unang uri. Ang mga konduktor ng pangalawang uri, o electrolytes, ay mga solusyon (karamihan ay may tubig) ng mga acid, alkali at asin.  

Ang mekanismo ng kasalukuyang daloy sa mga arc device ay may ilang mga tampok: sa isang vacuum diode, ang anode kasalukuyang ay tinutukoy ng boltahe electric field sa katod, at sa isang gastron - sa anode. Ito ay humahantong sa pagbaba sa negatibong densidad ng singil sa malapit-apod na layer. Bilang resulta ng pagsasabog, ang konsentrasyon ng elektron ay equalized, at isang tuluy-tuloy na daloy ng mga electron ay nabuo sa plasma, na nakadirekta patungo sa anode. Ang pagtaas ng kasalukuyang sa circuit ay nagdudulot ng pagtaas sa lakas ng field sa anode at, dahil dito, mas matinding pagsasabog ng mga electron sa interelectrode space.  

Isaalang-alang natin ngayon ang mekanismo ng kasalukuyang daloy sa ilalim ng reverse bias. Tulad ng sumusunod mula sa direksyon ng electric field vector sa pn junction, sa panahon ng reverse bias ang karamihan sa mga carrier ay hindi nag-aambag sa electric current. Samakatuwid, maaaring ipagpalagay na ang kasalukuyang ay dahil sa paggalaw ng mga carrier ng minorya sa bawat rehiyon. Ang mga butas na iniksyon sa p-region sa panahon ng xxp ay agad na lumipat sa p-region sa ilalim ng impluwensya ng drift field. Samakatuwid, ang kasalukuyang sa kasong ito ay tinutukoy ng bilang ng mga butas na na-injected sa 1 s. Ang kasalukuyang butas na ito ay dahil sa pagsasabog ng mga butas sa rehiyon ng x xn.  

Bilang karagdagan sa drift, ang mekanismo ng kasalukuyang daloy sa semiconductors ay naiimpluwensyahan ng pagsasabog. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 2.18 ang random na paggalaw ng mga carrier sa ilalim ng impluwensya ng thermal energy at scattering. Kung lumilitaw ang isang gradient ng konsentrasyon ng carrier sa isang tiyak na dami ng kristal, pagkatapos ay lumitaw ang isang puwersa na may posibilidad na ipantay ang konsentrasyon na ito sa panahon ng magulong paggalaw ng mga carrier. Ang prosesong ito ng pagpantay sa konsentrasyon ng mga carrier sa buong volume ng kristal ay tinatawag na diffusion.  

Narito ang pangkalahatang pangkalahatang-ideya ng mga mekanismo ng kasalukuyang daloy sa mga device na may electron-hole junction. Ang proseso ng paglilipat ng singil lamang ng mga electron ay isinasaalang-alang nang detalyado, dahil ang isang katulad na pagsusuri ay maaaring isagawa para sa mga butas.  

Sa umiiral na mga pag-install ng hinang, ang kasalukuyang mekanismo ng daloy ay magiging isang bagay sa pagitan ng mga disassembled circuit. Ang kasalukuyang sa ilalim ng inductor ay dadaloy sa tubo, habang ito ay isasara sa kabaligtaran na direksyon na bahagyang sa pamamagitan ng tubo at bahagyang sa pamamagitan ng mga elemento ng gilingan. Ang reverse current na ito ay dumadaloy sa malalaking ibabaw na hindi ito nagiging sanhi ng pag-init ng mga ito, habang ang kasalukuyang ay puro sa ilalim ng inductor.  

Ang teorya ng BCS ay nagsasama ng isang mekanismo para sa daloy ng supercurrent, na ganap na naiiba mula sa mekanismo para sa daloy ng ordinaryong kasalukuyang sa isang normal na metal at kahit na sa isang hypothetical perpektong conductor na may zero resistance. Kung ang proseso ng normal na pagpapadaloy ay isinasagawa ng mga solong electron at ang kanilang patuloy na paulit-ulit na banggaan sa sala-sala ay may pananagutan para sa elektrikal na paglaban ng metal, kung gayon ang mga supercurrent na carrier ay mga pares ng mahinang nakagapos na mga electron na hindi bumabangga sa mga atomo ng sala-sala. Ang kawalan ng banggaan sa pagitan ng mga pares ng Cooper at ng kristal na sala-sala ay nagpapaliwanag ng zero resistance ng superconductor.  

Ang lining ng frame at ang mga bahagi nito (mga seksyon, channel at mga kabit) ay nagbabago sa laki at mekanismo ng pagtagas ng mga alon.  

Tungkol sa solar cells batay sa mga organikong materyales, kung gayon kinakailangan na pag-aralan ang epekto ng komposisyon at konsentrasyon ng mga tina sa kanilang mga katangian, matukoy ang mga mekanismo ng kasalukuyang daloy, at subukan din iba't ibang uri mga disenyo upang masuri ang posibilidad na makakuha ng mga elemento na may katanggap-tanggap na kahusayan. Sa kasalukuyan, ang mga elementong ito ay interes sa pananaliksik lamang.  

Sinukat ng Das et al ang kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng mga solar cell batay sa Cu2S - ZnxCd - xS at natagpuan na para sa lahat ng posibleng mga halaga ng x, mayroong dalawang mekanismo para sa kasalukuyang daloy. Para sa mga elemento ng parehong uri sa anumang temperatura, ang pagtaas sa konsentrasyon ng zinc ay humahantong sa pagbaba sa reverse saturation current. Para sa mga elemento na nilikha ng vacuum evaporation, ang pagtaas sa open-circuit na boltahe na nauugnay sa pagtaas ng konsentrasyon ng Zn ay sanhi ng pagbaba ng reverse saturation current, na higit sa lahat ay dahil sa pagtaas ng PV - Napansin ng mga may-akda na ang mismatch sa ang mga parameter ng mga kristal na sala-sala ng mga materyales na ginamit ay walang makabuluhang epekto sa density ng mga estado sa mga lugar ng interface. Sinasabi ni Martinuzzi et al na sa mga elemento na kanilang pinag-aralan, ang pagtaas sa Voc ay direktang nauugnay sa pagtaas ng taas ng hadlang at, dahil dito, sa pagbaba ng & EC.  

Sa mataas na temperatura at malalaking kapal ng hadlang, ang kasalukuyang density ng carrier ng singil, na tinutukoy ng thermal activation energy, / 0 / ay humigit-kumulang katumbas ng q b / AT p, kung saan ang Ф /, ay ang taas ng barrier at At p ay ang diode coefficient na naaayon sa ang mekanismo ng thermal-field ng kasalukuyang daloy. Sa mababang temperatura at manipis na mga hadlang / 0 / ay halos hindi nakasalalay sa temperatura.  

Ayon sa teorya ng Drude-Lorentz, ang mga kasalukuyang carrier sa mga metal ay mga libreng electron, na nagpapaliwanag sa mataas na electrical conductivity ng mga metal. Ang mga ion ay hindi nakikibahagi sa proseso ng kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng metal. Kung ito ay gayon, kung gayon ang daloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng metal ay sasamahan ng paglipat ng bagay. Sa katotohanan hindi ito sinusunod (eksperimento ni Rikke).

Ang mga pangunahing probisyon ng klasikal na elektronikong teorya ng mga metal ay ang mga sumusunod: :

1. Ang mga metal ay may kristal na sala-sala, sa mga node kung saan mayroong mga positibong ion (Larawan 14.1). Ang mga ion na ito ay hindi makagalaw sa paligid ng kristal, ngunit nakakaranas lamang ng maliliit na pagbabagu-bago sa paligid ng kanilang mga posisyon ng ekwilibriyo.

2. Libreng mga electron, tinatawag mga electron ng pagpapadaloy .

3. Sa pagkakaroon ng isang panlabas na electric field E, ang magulong paggalaw ng mga libreng electron ay pinatong ng kanilang iniutos (itinuro) na paggalaw - ang tinatawag na drift ng mga electron sa isang tiyak na direksyon.

4. Sa panahon ng kanilang paggalaw, ang mga conduction electron ay bumangga sa mga lattice ions ay hindi isinasaalang-alang.

5. Ang panlabas na field ay hindi nakakaapekto sa konsentrasyon ng kasalukuyang mga carrier at ang kanilang average na libreng oras ng paglalakbay.

§ 14.2 Batas ni Ohm at Joule-Lenz sa klasikal na teoryang elektroniko

Ayon sa batas ng pare-parehong pamamahagi ng enerhiya sa mga antas ng kalayaan, ang isang elektron ay tumutukoy sa average na kinetic energy ng thermal motion.

(k ay ang pare-pareho ng Boltzmann, ang T ay temperatura (para sa bawat antas ng kalayaan mayroong enerhiya na katumbas ng , ang elektron ay itinuturing bilang isang materyal na punto; samakatuwid, ang isang libreng elektron ay may tatlong antas ng kalayaan)).

Sa panahon ng thermal motion, ang mga electron ay nakakaranas ng mga banggaan.

Ang landas na tinatahak ng mga electron sa pagitan ng dalawang magkasunod na banggaan ay tinatawag haba ng libreng landas <ℓ> (Larawan 14.2).

Ipagpalagay natin na sa bawat banggaan ay ganap na inililipat ng elektron ang enerhiya nito sa mga ion ng sala-sala at ang paunang bilis ng kasunod na paggalaw ng elektron ay zero.

Kung ang isang direktang kasalukuyang dumadaloy sa isang konduktor, kung gayon sa loob ng konduktor ay mayroon electric field, tensyon E. Ang bawat elektron ay kumikilos sa pamamagitan ng isang puwersa mula sa electric field F=e E, kung saan ang e ay ang singil ng elektron. Sa ilalim ng impluwensya ng puwersang ito, ang elektron ay nakakakuha ng acceleration A, na maaaring matukoy mula sa pagkakapantay-pantay m e a=eE, mula saan

(14.1)

(m e - mass ng elektron).

Kung < t> ay ang average na oras sa pagitan ng dalawang magkasunod na banggaan, pagkatapos ay sa pagtatapos ng libreng landas ang elektron ay nakakakuha ng bilis

(14.2)

Average na bilis ng iniutos na paggalaw ng elektron

(14.3)

(ang paunang bilis ay itinuturing na katumbas ng zero, kaya ang paggalaw ay pantay na pinabilis).

Ang average na oras sa pagitan ng dalawang magkasunod na banggaan ay maaaring matukoy kung alam natin ang ibig sabihin ng libreng landas at ang average na bilis ng thermal motion. < υ τ > :

(14.4)

Sa lahat,

, ngunit ang kaugnayan (14.4) ay may bisa, dahil naipakita na iyon

Pagpapalit <ℓ> mula sa (3.99) hanggang sa formula (3.98), nakukuha namin

(14.5)

Ang pagpapalit ng j = ne sa formula < υ > (13.37), nakukuha namin

(14.6)

(14. 7)

- kondaktibiti materyal na konduktor (ang kapalit ng resistivity nito)).

Yunit ng conductivity – siemens kada metro (S/m)

Mula sa expression (3.101), na kumakatawan sa batas ng Ohm, ito ay sumusunod: kasalukuyang density ay proporsyonal sa lakas ng electric field, na nag-tutugma may (3.81).

Mula sa formula (3.101) madaling makuha ang batas ng Ohm sa anyo

, para dito, ang kanan at kaliwang bahagi nito ay dapat na i-multiply ng S - ang cross-sectional area ng konduktor. Isinasaalang-alang na

, nakukuha namin

, Ngunit

, A

(isinasaalang-alang namin na ang patlang sa loob ng isang konduktor na may haba ℓ ay pare-pareho); kaya naman,

(14.8)

Utang natin ang modernong ginhawa ng ating buhay sa electric current. Ito ay nagpapailaw sa ating mga tahanan, na bumubuo ng radiation sa nakikitang hanay ng mga light wave, nagluluto at nagpapainit ng pagkain sa iba't ibang kagamitan tulad ng mga electric stoves, mga microwave oven, mga toaster, na nagliligtas sa amin mula sa pangangailangang maghanap ng panggatong para sa sunog. Salamat dito, mabilis kaming lumipat sa isang pahalang na eroplano sa mga de-koryenteng tren, subway at tren, lumipat kami patayong eroplano sa mga escalator at sa mga elevator cabin. Utang natin ang init at ginhawa sa ating mga tahanan sa daloy ng kuryente na dumadaloy sa mga air conditioner, bentilador at electric heater. Ang iba't ibang mga de-koryenteng makina na pinapagana ng electric current ay nagpapadali sa ating trabaho, sa bahay at sa trabaho. Tunay na nabubuhay tayo sa panahon ng kuryente, dahil ito ay salamat sa electric current na gumagana ang ating mga computer at smartphone, Internet at telebisyon, at iba pang matalinong device. mga kagamitang elektroniko. Ito ay hindi para sa wala na ang sangkatauhan ay naglalagay ng labis na pagsisikap sa pagbuo ng koryente sa mga thermal, nuclear at hydroelectric na mga planta - ang kuryente mismo ay ang pinaka-maginhawang anyo ng enerhiya.

Hindi mahalaga kung gaano ito kabalintunaan, ang mga ideya ng praktikal na paggamit ng electric current ay kabilang sa mga unang pinagtibay ng pinakakonserbatibong bahagi ng lipunan - mga opisyal ng hukbong-dagat. Malinaw na ang pagkuha sa tuktok sa saradong kasta na ito ay mahirap na patunayan sa mga admirals, na nagsimula bilang mga batang lalaki sa cabin sa sailing fleet, ang pangangailangan na lumipat sa lahat ng mga barkong metal na may mga makina ng singaw, kaya ang mga junior officer ay laging umaasa sa mga inobasyon. Ito ay ang tagumpay ng paggamit ng mga barko ng apoy sa panahon ng Digmaang Ruso-Turkish noong 1770, na nagpasya sa kinalabasan ng labanan sa Chesme Bay, na nagtaas ng tanong ng pagprotekta sa mga daungan hindi lamang sa mga baterya sa baybayin, kundi pati na rin sa mas modernong paraan ng pagtatanggol sa oras na iyon - mga minefield.

Ang pag-unlad ng mga mina sa ilalim ng dagat ng iba't ibang mga sistema ay isinasagawa mula pa noong simula ng ika-19 na siglo, karamihan matagumpay na mga disenyo naging mga autonomous mine na pinapagana ng kuryente. Noong dekada 70 Noong ika-19 na siglo, ang German physicist na si Heinrich Hertz ay nag-imbento ng isang aparato para sa electrical detonation ng mga anchor mine na may lalim na deployment na hanggang 40 m Ang mga pagbabago nito ay pamilyar sa amin mula sa mga makasaysayang pelikula sa mga tema ng hukbong-dagat - ito ang kilalang "sungay". minahan, kung saan ang tingga na "sungay" , na naglalaman ng isang ampoule na puno ng electrolyte, ay durog sa pakikipag-ugnay sa katawan ng barko, bilang isang resulta kung saan ang isang simpleng baterya ay nagsimulang gumana, ang enerhiya na kung saan ay sapat upang magpasabog ng minahan .

Ang mga mandaragat ang unang nagpahalaga sa potensyal ng di-perpektong makapangyarihang pinagmumulan ng liwanag noon - mga pagbabago ng mga kandila ng Yablochkov, kung saan ang pinagmumulan ng liwanag ay isang electric arc at isang kumikinang na mainit na positibong carbon electrode - para magamit sa pagbibigay ng senyas at pag-iilaw sa larangan ng digmaan. Ang paggamit ng mga searchlight ay nagbigay ng napakalaking kalamangan sa panig na ginamit ang mga ito sa mga labanan sa gabi o ginamit lamang ang mga ito bilang isang paraan ng pagbibigay ng senyas upang magpadala ng impormasyon at i-coordinate ang mga aksyon ng mga yunit ng hukbong-dagat. At ang mga parola na nilagyan ng makapangyarihang mga searchlight ay pinasimple ang nabigasyon sa mapanganib na tubig sa baybayin.

Hindi nakakagulat na ang hukbong-dagat ang nagpatibay ng mga pamamaraan ng wireless na paghahatid ng impormasyon na may isang putok - ang mga mandaragat ay hindi napahiya sa malaking sukat ng mga unang istasyon ng radyo, dahil ang mga lugar ng mga barko ay naging posible upang mapaunlakan ang gayong advanced, bagaman sa oras na iyon ay napakahirap, mga aparatong pangkomunikasyon.

Nakatulong ang mga de-kuryenteng makina na pasimplehin ang pagkarga ng mga baril ng barko, at ang mga de-koryenteng yunit ng kuryente para sa pagliko ng mga turret ng baril ay nagpapataas ng kakayahang magamit ng mga welga ng kanyon. Ang mga utos na ipinadala sa pamamagitan ng telegrapo ng barko ay nagpapataas ng kahusayan ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng buong koponan, na nagbigay ng malaking kalamangan sa mga labanan sa labanan.

Ang pinakakasuklam-suklam na paggamit ng electric current sa kasaysayan ng hukbong-dagat ay ang paggamit ng U-class na diesel-electric na mga submarino sa pagsalakay ng Third Reich. Ang mga submarino ng "Wolf Pack" ni Hitler ay nagpalubog ng maraming barko ng Allied transport fleet - tandaan lamang ang malungkot na kapalaran ng convoy PQ-17.

Nakuha ng mga British sailors ang ilang kopya ng Enigma (Riddle) encryption machine, at matagumpay na na-decipher ng British intelligence ang code nito. Isa sa mga kilalang siyentipiko na nagtrabaho dito ay si Alan Turing, na kilala sa kanyang mga kontribusyon sa mga pundasyon ng computer science. Sa pamamagitan ng access sa mga radio dispatches ni Admiral Dönitz, nagawang itaboy ng Allied navy at coastal air force ang Wolfpack pabalik sa baybayin ng Norway, Germany at Denmark, kaya ang mga operasyon ng submarino ay limitado sa panandaliang pagsalakay mula 1943 pataas.

Pinlano ni Hitler na bigyan ang kanyang mga submarino ng V-2 missiles para sa mga pag-atake sa silangang baybayin ng Estados Unidos. Sa kabutihang palad, ang mabilis na pag-atake ng Allied sa Western at Eastern Fronts ay pumigil sa mga planong ito na magkatotoo.

Ang isang modernong fleet ay hindi maiisip kung walang mga carrier ng sasakyang panghimpapawid at mga nuclear submarine, na sinisiguro ang kalayaan ng enerhiya. mga nuclear reactor, matagumpay na pinagsama-sama ang 19th century steam technology, 20th century electricity technology, at 21st century nuclear technology. Ang mga reactor na pinapagana ng nuklear ay gumagawa ng sapat na electric current para paganahin ang isang buong lungsod.

Bilang karagdagan, muling ibinaling ng mga mandaragat ang kanilang atensyon sa kuryente at sinusuri ang paggamit ng mga railgun - mga de-kuryenteng baril para sa pagpapaputok ng mga kinetic projectiles na may napakalaking mapanirang kapangyarihan.

Makasaysayang background

Sa pagdating ng maaasahang mga pinagmumulan ng electrochemical DC, na binuo ng Italian physicist na si Alessandro Volta, isang buong kalawakan ng mga mahuhusay na siyentipiko mula sa iba't ibang bansa nakikibahagi sa pag-aaral ng mga phenomena na nauugnay sa electric current at ang pagbuo ng praktikal na aplikasyon nito sa maraming larangan ng agham at teknolohiya. Sapat na upang alalahanin ang Aleman na siyentipiko na si Georg Ohm, na nagbalangkas ng batas ng kasalukuyang daloy para sa isang elementarya na electrical circuit; German physicist Gustav Robert Kirchhoff, na bumuo ng mga pamamaraan para sa pagkalkula ng mga kumplikadong electrical circuit; Ang French physicist na si Andre Marie Ampere, na natuklasan ang batas ng pakikipag-ugnayan para sa mga constants mga agos ng kuryente. Ang gawain ng English physicist na si James Prescott Joule at ang Russian scientist na si Emil Christianovich Lenz ay humantong, nang nakapag-iisa sa isa't isa, sa pagtuklas ng batas ng quantitative assessment ng thermal effect ng electric current.

Ang karagdagang pag-unlad ng pag-aaral ng mga katangian ng electric current ay ang gawain ng British physicist na si James Clarke Maxwell, na naglatag ng mga pundasyon ng modernong electrodynamics, na ngayon ay kilala bilang mga equation ni Maxwell. Binuo din ni Maxwell ang electromagnetic theory ng liwanag, na hinuhulaan ang maraming phenomena (electromagnetic waves, pressure electromagnetic radiation). Nang maglaon, kinumpirma ng siyentipikong Aleman na si Heinrich Rudolf Hertz ang pagkakaroon mga electromagnetic wave; ang kanyang trabaho sa pag-aaral ng reflection, interference, diffraction at polarization ng electromagnetic waves ay naging batayan para sa paglikha ng radyo.

Ang gawain ng mga physicist ng Pransya na sina Jean-Baptiste Biot at Felix Savard, na eksperimento na natuklasan ang mga pagpapakita ng magnetism kapag direktang dumadaloy ang daloy, at ang kahanga-hangang French mathematician na si Pierre-Simon Laplace, na nag-generalize ng kanilang mga resulta sa anyo ng isang batas sa matematika, para sa unang pagkakataon na konektado ang dalawang panig ng isang kababalaghan, pagtula ang pundasyon para sa electromagnetism. Ang baton mula sa mga siyentipikong ito ay kinuha ng napakatalino na British physicist na si Michael Faraday, na natuklasan ang phenomenon ng electromagnetic induction at inilatag ang pundasyon para sa modernong electrical engineering.

Ang isang malaking kontribusyon sa pagpapaliwanag ng likas na katangian ng electric current ay ginawa ng Dutch theoretical physicist na si Hendrik Anton Lorentz, na lumikha ng classical electron theory at nakakuha ng expression para sa puwersa na kumikilos sa isang gumagalaw na singil mula sa electric. magnetic field.

Agos ng kuryente. Mga Kahulugan

Agos ng kuryente- nakadirekta (nakaayos) paggalaw ng mga sisingilin na particle. Dahil dito, ang kasalukuyang ay tinukoy bilang ang bilang ng mga singil na dumadaan sa cross-section ng isang konduktor sa bawat yunit ng oras:

I = q / t kung saan ang q ay singil sa coulomb, t ay oras sa segundo, I ay kasalukuyang sa amperes

Ang isa pang kahulugan ng electric current ay nauugnay sa mga katangian ng mga conductor at inilarawan ng batas ng Ohm:

I = U/R kung saan ang U ay boltahe sa volts, R ay resistance sa ohms, I ay kasalukuyang sa amperes

Ang electric current ay sinusukat sa amperes (A) at ang decimal multiple at submultiples nito - nanoamperes (billionths ng isang ampere, nA), microamperes (millionths of an ampere, μA), milliamperes (thousandths of an ampere, mA), kiloamperes ( thousands of amperes, kA) at megaamperes (milyong amperes, MA).

Ang sukat ng kasalukuyang sa sistema ng SI ay tinukoy bilang

[A] = [Cl] / [seg]

Mga tampok ng daloy ng electric current sa iba't ibang kapaligiran. Physics ng phenomena

Electric current sa solids: metal, semiconductors at dielectrics

Kapag isinasaalang-alang ang isyu ng daloy ng electric current, kinakailangang isaalang-alang ang pagkakaroon ng iba't ibang kasalukuyang carrier - elementarya na singil - katangian ng isang naibigay na pisikal na estado ng isang sangkap. Ang sangkap mismo ay maaaring solid, likido o gas. Ang isang natatanging halimbawa ng naturang mga estado na naobserbahan sa ilalim ng mga ordinaryong kondisyon ay ang estado ng dihydrogen monoxide, o, sa madaling salita, hydrogen hydroxide, o simpleng ordinaryong tubig. Naoobserbahan namin ang solid phase nito kapag naglalabas kami ng mga piraso ng yelo mula sa freezer patungo sa mga cool na inumin, na karamihan ay nakabatay sa likidong tubig. At kapag nagtitimpla ng tsaa o instant na kape, nagbubuhos kami ng kumukulong tubig sa ibabaw nito, at ang kahandaan ng huli ay kinokontrol ng paglitaw ng isang ambon na binubuo ng mga patak ng tubig na namumuo sa malamig na hangin mula sa puno ng gas na singaw ng tubig na lumalabas sa spout ng ang takure.

Mayroon ding ikaapat na estado ng bagay na tinatawag na plasma, na bumubuo sa itaas na mga layer ng mga bituin, ionosphere ng Earth, mga apoy, mga electric arc, at ang bagay sa mga fluorescent lamp. Ang mataas na temperatura na plasma ay mahirap na magparami sa mga laboratoryo sa terrestrial, dahil nangangailangan ito ng napakataas na temperatura - higit sa 1,000,000 K.

Mula sa isang structural point of view, ang mga solid ay nahahati sa mala-kristal at amorphous. Ang mga kristal na sangkap ay may nakaayos na geometriko na istraktura; ang mga atomo o molekula ng naturang sangkap ay bumubuo ng kakaibang volumetric o flat lattice; Kasama sa mga kristal na materyales ang mga metal, ang kanilang mga haluang metal at semiconductor. Ang parehong tubig sa anyo ng mga snowflake (mga kristal ng iba't ibang hindi paulit-ulit na mga hugis) ay perpektong naglalarawan ng ideya ng mga kristal na sangkap. Ang mga amorphous na sangkap ay walang kristal na sala-sala; Ang istraktura na ito ay tipikal para sa dielectrics.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang kasalukuyang in matitigas na materyales nangyayari dahil sa paggalaw ng mga libreng electron na nabuo mula sa valence electron ng mga atomo. Mula sa punto ng view ng pag-uugali ng mga materyales kapag ang electric current ay dumaan sa kanila, ang huli ay nahahati sa conductors, semiconductors at insulators. Mga Katangian iba't ibang materyales, ayon sa teorya ng banda ng kondaktibiti, ay tinutukoy ng lapad ng agwat ng banda kung saan hindi matatagpuan ang mga electron. Ang mga insulator ay may pinakamalawak na agwat ng banda, kung minsan ay umaabot sa 15 eV. Sa ganap na zero na temperatura, ang mga insulator at semiconductor ay walang mga electron sa conduction band, ngunit sa room temperature magkakaroon na ng isang tiyak na bilang ng mga electron na maalis sa valence band dahil sa thermal energy. Sa mga conductor (metal), ang conduction band at valence band ay magkakapatong, samakatuwid, sa ganap na zero na temperatura mayroong isang medyo malaking bilang ng mga electron - kasalukuyang conductors, na nagpapatuloy sa mas mataas na temperatura ng mga materyales, hanggang sa kanilang kumpletong pagkatunaw. Ang mga semiconductor ay may maliit na gaps ng banda, at ang kanilang kakayahang magsagawa ng de-koryenteng kasalukuyang ay lubos na nakasalalay sa temperatura, radiation at iba pang mga kadahilanan, pati na rin ang pagkakaroon ng mga impurities.

Ang isang hiwalay na kaso ay ang daloy ng electric current sa pamamagitan ng tinatawag na superconductor - mga materyales na walang paglaban sa daloy ng kasalukuyang. Ang mga electron ng pagpapadaloy ng naturang mga materyales ay bumubuo ng mga ensemble ng mga particle na magkakaugnay dahil sa mga epekto ng quantum.

Ang mga insulator, gaya ng ipinahihiwatig ng kanilang pangalan, ay hindi mahusay na nagsasagawa ng kuryente. Ang pag-aari na ito ng mga insulator ay ginagamit upang limitahan ang daloy ng kasalukuyang sa pagitan ng mga conductive na ibabaw ng iba't ibang mga materyales.

Bilang karagdagan sa pagkakaroon ng mga alon sa mga conductor na may palaging magnetic field, sa presensya AC at ang nauugnay na alternating magnetic field, ang mga epekto ay lumitaw na nauugnay sa pagbabago nito o tinatawag na "eddy" na alon, kung hindi man ay tinatawag na Foucault currents. Ang mas mabilis na pagbabago ng magnetic flux, mas malakas ang eddy currents, na hindi dumadaloy sa ilang mga landas sa mga wire, ngunit, pagsasara sa konduktor, bumubuo ng mga vortex circuit.

Ang mga eddy current ay nagpapakita ng epekto sa balat, na nangangahulugan na ang alternating electric current at magnetic flux ay dumarami pangunahin sa ibabaw na layer ng conductor, na humahantong sa pagkawala ng enerhiya. Upang mabawasan ang pagkalugi ng enerhiya dahil sa mga eddy currents, ginagamit ang paghahati ng mga alternating current magnetic core sa magkahiwalay, electrically insulated plate.

Agos ng kuryente sa mga likido (electrolytes)

Ang lahat ng mga likido, sa isang antas o iba pa, ay may kakayahang magsagawa ng electric current kapag inilapat boltahe ng kuryente. Ang ganitong mga likido ay tinatawag na electrolytes. Ang kasalukuyang mga carrier sa kanila ay positibo at negatibong sisingilin ang mga ion - mga cation at anion, ayon sa pagkakabanggit, na umiiral sa isang solusyon ng mga sangkap dahil sa electrolytic dissociation. Ang kasalukuyang sa electrolytes dahil sa paggalaw ng mga ions, sa kaibahan sa kasalukuyang dahil sa paggalaw ng mga electron, katangian ng mga metal, ay sinamahan ng paglipat ng mga sangkap sa mga electrodes na may pagbuo ng mga bagong compound ng kemikal na malapit sa kanila o ang pagtitiwalag ng ang mga sangkap na ito o mga bagong compound sa mga electrodes.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay naglatag ng pundasyon para sa modernong electrochemistry, na nagbibigay ng mga quantitative na kahulugan ng mga katumbas ng gramo ng iba't ibang mga kemikal, sa gayo'y nagiging isang eksaktong agham ang inorganikong kimika. Ang karagdagang pag-unlad ng kimika ng mga electrolyte ay naging posible upang lumikha ng isang beses na masingil at rechargeable na mga mapagkukunan ng kasalukuyang kemikal (mga tuyong baterya, mga nagtitipon at mga cell ng gasolina), na, sa turn, ay nagbigay ng malaking puwersa sa pag-unlad ng teknolohiya. Kailangan mo lamang tumingin sa ilalim ng hood ng iyong sasakyan upang makita ang mga resulta ng mga pagsisikap ng mga henerasyon ng mga siyentipiko at mga inhinyero ng kemikal sa anyo ng isang baterya ng kotse.

Ang isang malaking bilang ng mga teknolohikal na proseso batay sa daloy ng kasalukuyang sa electrolytes ay nagbibigay-daan hindi lamang upang magbigay ng isang kahanga-hangang hitsura sa mga huling produkto (chrome plating at nickel plating), ngunit din upang maprotektahan ang mga ito mula sa kaagnasan. Ang electrochemical deposition at electrochemical etching na proseso ay bumubuo sa batayan ng modernong produksyon ng electronics. Ngayon ang mga ito ay ang pinakasikat teknolohikal na proseso, ang bilang ng mga bahaging ginawa gamit ang mga teknolohiyang ito ay umaabot sa sampu-sampung bilyong yunit bawat taon.

Agos ng kuryente sa mga gas

Ang electric current sa mga gas ay dahil sa pagkakaroon ng mga libreng electron at ions sa kanila. Ang mga gas, dahil sa kanilang rarefaction, ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mahabang haba ng landas bago ang banggaan ng mga molekula at ion; Dahil dito, ang daloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng mga ito sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay medyo mahirap. Ang parehong ay maaaring sinabi para sa mga mixtures ng mga gas. Ang isang natural na halo ng mga gas ay hangin sa atmospera, na sa electrical engineering ay itinuturing na isang mahusay na insulator. Ito ay tipikal din para sa iba pang mga gas at ang kanilang mga mixtures sa ilalim ng ordinaryong pisikal na kondisyon.

Ang daloy ng kasalukuyang sa mga gas ay lubos na nakasalalay sa iba't ibang pisikal na mga kadahilanan, tulad ng presyon, temperatura, at komposisyon ng pinaghalong. Bilang karagdagan, ang iba't ibang uri ng ionizing radiation ay may epekto. Kaya, halimbawa, ang pagiging iluminado ng ultraviolet o x-ray, o pagiging nasa ilalim ng impluwensya ng cathode o anode na mga particle o mga particle na ibinubuga ng mga radioactive substance, o, sa wakas, sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura, ang mga gas ay nakakuha ng pag-aari ng mas mahusay na conducting electric. kasalukuyang.

Ang endothermic na proseso ng pagbuo ng mga ion bilang resulta ng pagsipsip ng enerhiya ng mga electroly neutral na atoms o mga molekula ng gas ay tinatawag na ionization. Nakatanggap ng sapat na enerhiya, isang electron o ilang mga electron mula sa panlabas shell ng elektron, pagtagumpayan ang potensyal na hadlang, iwanan ang atom o molekula, nagiging mga libreng electron. Ang atom o molekula ng gas ay nagiging positively charged ions. Ang mga libreng electron ay maaaring ikabit sa mga neutral na atomo o molekula upang bumuo ng mga ion na may negatibong sisingilin. Maaaring makuha muli ng mga positibong ion ang mga libreng electron sa pagbangga, na nagiging neutral muli. Ang prosesong ito ay tinatawag na recombination.

Ang pagpasa ng kasalukuyang sa pamamagitan ng isang gas na daluyan ay sinamahan ng isang pagbabago sa estado ng gas, na tumutukoy sa kumplikadong katangian ng pag-asa ng kasalukuyang sa inilapat na boltahe at, sa pangkalahatan, sumusunod sa batas ng Ohm lamang sa mababang alon.

May mga di-nakapagpapanatili sa sarili at independiyenteng mga discharge sa mga gas. Sa isang di-self-sustaining discharge, ang kasalukuyang sa gas ay umiiral lamang sa pagkakaroon ng mga panlabas na ionizing factor sa kanilang kawalan, walang makabuluhang kasalukuyang sa gas. Sa panahon ng self-discharge, ang kasalukuyang ay pinananatili dahil sa epekto ng ionization ng mga neutral na atomo at mga molekula kapag sila ay bumangga sa mga libreng electron at mga ion na pinabilis ng electric field, kahit na matapos ang pag-alis ng mga panlabas na impluwensya ng ionizing.

Tinatawag na tahimik na discharge ang isang di-self-sustaining discharge na may maliit na potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng anode at cathode sa isang gas. Habang tumataas ang boltahe, ang kasalukuyang lakas ay unang tumataas sa proporsyon sa boltahe (seksyon OA sa kasalukuyang-boltahe na katangian ng isang tahimik na discharge), pagkatapos ay ang pagtaas sa kasalukuyang bumagal (seksyon ng AB curve). Kapag ang lahat ng mga particle na nabuo sa ilalim ng impluwensya ng ionizer ay pumunta sa cathode at anode sa parehong oras, ang kasalukuyang ay hindi tumataas sa pagtaas ng boltahe (seksyon ng BC graph). Sa karagdagang pagtaas ng boltahe, ang kasalukuyang pagtaas muli, at ang tahimik na paglabas ay nagiging isang di-self-sustaining avalanche discharge. Ang isang uri ng non-self-sustaining discharge ay isang glow discharge, na lumilikha ng liwanag sa mga gas-discharge lamp iba't ibang kulay at mga appointment.

Ang paglipat ng isang di-nakapagpapanatiling electric discharge sa isang gas patungo sa isang self-sustaining discharge ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang matalim na pagtaas sa kasalukuyang (point E sa curve mga katangian ng kasalukuyang boltahe). Ito ay tinatawag na electrical breakdown ng gas.

Ang lahat ng nasa itaas na mga uri ng discharges ay tumutukoy sa steady-state na mga uri ng discharges, ang mga pangunahing katangian na hindi nakasalalay sa oras. Bilang karagdagan sa steady-state discharges, may mga non-steady-state discharges, na kadalasang lumalabas sa malakas na hindi magkakatulad na mga electric field, halimbawa, malapit sa matulis at kurbadong ibabaw ng mga conductor at electrodes. Mayroong dalawang uri ng lumilipas na discharges: corona at spark discharges.

Sa pamamagitan ng paglabas ng corona, ang ionization ay hindi humahantong sa pagkasira; ito ay kumakatawan lamang sa isang paulit-ulit na proseso ng pag-aapoy ng isang di-nakapagpapanatiling paglabas sa isang limitadong espasyo malapit sa mga konduktor. Ang isang halimbawa ng paglabas ng corona ay ang ningning ng hangin sa atmospera malapit sa matataas na antenna, lightning rods o high-voltage na linya ng kuryente. Ang paglitaw ng corona discharge sa mga linya ng kuryente ay humahantong sa pagkawala ng kuryente. Noong unang panahon, ang ningning sa tuktok ng mga palo ay pamilyar sa mga mandaragat ng sailing fleet bilang mga ilaw ng St. Elmo. Ginagamit ang corona discharge sa mga laser printer at mga electrographic copying device, kung saan ito ay nabuo ng isang corotron - isang metal string kung saan mataas na boltahe. Ito ay kinakailangan upang ionize ang gas upang singilin ang photosensitive drum. Sa kasong ito, ang paglabas ng corona ay kapaki-pakinabang.

Ang isang spark discharge, hindi tulad ng isang corona discharge, ay humahantong sa pagkasira at may hitsura ng pasulput-sulpot na maliwanag na sumasanga, napuno ionized na gas lumilitaw at nawawala ang mga thread-channel, na sinamahan ng paglabas malaking dami init at maliwanag na liwanag. Ang isang halimbawa ng natural na spark discharge ay kidlat, kung saan ang agos ay maaaring umabot sa sampu-sampung kilomperes. Ang pagbuo ng kidlat mismo ay nauuna sa pamamagitan ng paglikha ng isang conduction channel, ang tinatawag na pababang "madilim" na pinuno, na, kasama ang sapilitan na pataas na pinuno, ay bumubuo ng isang conductive channel. Ang kidlat ay karaniwang isang maraming spark discharge sa isang nabuong conduction channel. Ang isang malakas na spark discharge ay natagpuan din ang teknikal na aplikasyon nito sa mga compact photoflashes, kung saan ang discharge ay nangyayari sa pagitan ng mga electrodes ng isang quartz glass tube na puno ng pinaghalong ionized noble gas.

Ang isang pangmatagalang pinapanatili na pagkasira ng gas ay tinatawag na arc discharge at ginagamit sa teknolohiya ng welding, na siyang pundasyon ng mga teknolohiya para sa paglikha mga istrukturang bakal ng ating panahon, mula sa mga skyscraper hanggang sa mga sasakyang panghimpapawid at sasakyan. Ginagamit ito para sa parehong hinang at pagputol ng mga metal; ang pagkakaiba sa mga proseso ay dahil sa lakas ng daloy ng agos. Sa medyo mas mababang kasalukuyang mga halaga, ang metal welding ay nangyayari; sa mas mataas na arc discharge current values, ang pagputol ng metal ay nangyayari dahil sa pag-alis ng tinunaw na metal mula sa ilalim ng electric arc gamit ang iba't ibang paraan.

Ang isa pang aplikasyon ng arc discharge sa mga gas ay ang mga gas-discharge lighting lamp, na nagpapakalat ng kadiliman sa ating mga kalye, mga parisukat at stadium (sodium lamp) o mga halogen lamp ng sasakyan, na ngayon ay pinalitan ang mga conventional incandescent lamp sa mga headlight ng sasakyan.

Agos ng kuryente sa isang vacuum

Ang vacuum ay isang perpektong dielectric, samakatuwid ang electric current sa isang vacuum ay posible lamang sa pagkakaroon ng mga libreng carrier sa anyo ng mga electron o ions, na nabuo dahil sa thermal o photoemission, o iba pang mga pamamaraan.

Ang pangunahing paraan ng paggawa ng kasalukuyang sa isang vacuum dahil sa mga electron ay ang paraan ng thermionic emission ng mga electron sa pamamagitan ng mga metal. Sa paligid ng pinainit na elektrod, na tinatawag na katod, isang ulap ng mga libreng electron ay nabuo, na tinitiyak ang daloy ng electric current sa pagkakaroon ng pangalawang elektrod, na tinatawag na anode, sa kondisyon na mayroong naaangkop na boltahe ng kinakailangang polarity sa pagitan nila. Ang ganitong mga electric vacuum device ay tinatawag na mga diode at may ari-arian ng one-way conductivity ng kasalukuyang, na pinapatay kapag ang boltahe ay baligtad. Ang ari-arian na ito ay ginagamit upang itama ang alternating current na na-convert ng system mula sa mga diode patungo sa kasalukuyang pulso pare-parehong direksyon.

Ang pagdaragdag ng isang karagdagang elektrod, na tinatawag na isang grid, na matatagpuan malapit sa cathode, ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng isang triode amplification elemento, kung saan ang mga maliliit na pagbabago sa boltahe sa grid na may kaugnayan sa cathode ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng mga makabuluhang pagbabago sa daloy ng kasalukuyang, at , nang naaayon, ang mga makabuluhang pagbabago sa boltahe sa buong load na konektado sa serye sa lampara na may kaugnayan sa pinagmumulan ng kapangyarihan , na ginagamit upang palakasin ang iba't ibang mga signal.

Ang paggamit ng mga electrovacuum device sa anyo ng mga triode at device na may malaking bilang ng mga grids para sa iba't ibang layunin (tetrodes, pentodes at kahit heptodes) ay nagbago ng pagbuo at pagpapalakas ng mga signal ng frequency ng radyo, at humantong sa paglikha makabagong sistema pagsasahimpapawid sa radyo at telebisyon.

Sa kasaysayan, ang pag-unlad ng pagsasahimpapawid ng radyo ay ang una, dahil ang mga pamamaraan ng pag-convert ng medyo mababang dalas ng mga signal at ang kanilang paghahatid, pati na rin ang circuitry ng mga aparatong tumatanggap na may amplification at conversion ng dalas ng radyo at pag-convert nito sa isang acoustic signal, ay medyo simple lang.

Kapag lumilikha ng telebisyon, ginamit ang mga de-koryenteng vacuum device upang i-convert ang mga optical signal - mga iconoscope, kung saan ang mga electron ay ibinubuga dahil sa photoemission mula sa liwanag ng insidente. Ang karagdagang pagpapalakas ng signal ay isinagawa ng mga amplifier gamit ang mga vacuum tubes. Para sa reverse conversion ng signal ng telebisyon, ginamit ang mga tube ng larawan, na gumagawa ng isang imahe dahil sa fluorescence ng materyal sa screen sa ilalim ng impluwensya ng mga electron na pinabilis sa mataas na enerhiya sa ilalim ng impluwensya ng isang accelerating boltahe. Ang isang naka-synchronize na sistema para sa pagbabasa ng mga signal ng iconoscope at isang kinescope image scanning system ay lumikha ng isang imahe sa telebisyon. Ang mga unang kinescope ay monochrome.

Kasunod nito, ang mga color television system ay nilikha kung saan ang mga iconoscope na nagbabasa ng mga imahe ay tumugon lamang sa kanilang sariling kulay (pula, asul o berde). Ang mga naglalabas na elemento ng mga tubo ng larawan (kulay na pospor), dahil sa daloy ng kasalukuyang nabuo ng tinatawag na "mga baril ng elektron", na tumutugon sa pagpasok ng pinabilis na mga electron sa kanila, ay naglalabas ng liwanag sa isang tiyak na hanay ng naaangkop na intensity. Upang matiyak na ang mga sinag mula sa mga baril ng bawat kulay ay tumama sa kanilang sariling pospor, ginamit ang mga espesyal na shielding mask.

Ang mga modernong kagamitan sa pagsasahimpapawid sa telebisyon at radyo ay batay sa mas advanced na mga elemento na may mas mababang paggamit ng kuryente - semiconductors.

Ang isa sa mga malawakang pamamaraan para sa pagkuha ng mga larawan ng mga panloob na organo ay ang pamamaraan ng fluoroscopy, kung saan ang mga electron na ibinubuga ng katod ay tumatanggap ng napakalaking acceleration na kapag natamaan nila ang anode, bumubuo sila ng mga x-ray na maaaring tumagos sa pamamagitan ng malambot na tela katawan ng tao. Ang mga X-ray ay nagbibigay sa mga doktor ng natatanging impormasyon tungkol sa pinsala sa buto, ang kalagayan ng mga ngipin at ilang mga panloob na organo, na nagpapakita ng kahit na isang seryosong sakit gaya ng kanser sa baga.

Sa pangkalahatan, ang mga electric current na nabuo bilang resulta ng paggalaw ng mga electron sa isang vacuum ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon, na kinabibilangan ng lahat ng radio tubes, charged particle accelerators, mass spectrometers, electron microscopes, ultrahigh frequency vacuum generators, sa anyo ng paglalakbay. wave tubes, klystrons at magnetrons. Ang mga magnetron pala, ang nagpapainit o nagluluto ng ating pagkain sa mga microwave oven.

Malaking halaga sa kani-kanina lang ay may teknolohiya para sa paglalapat ng mga film coatings sa isang vacuum, na gumaganap ng papel ng parehong proteksiyon, pandekorasyon at functional na patong. Ang mga coatings na may mga metal at ang kanilang mga haluang metal, at ang kanilang mga compound na may oxygen, nitrogen at carbon ay ginagamit bilang mga naturang coatings. Binabago ng mga naturang coatings ang electrical, optical, mechanical, magnetic, corrosion at catalytic na katangian ng mga ibabaw na pinahiran, o pinagsama ang ilang mga katangian nang sabay-sabay.

Mahirap komposisyon ng kemikal Ang mga coatings ay maaari lamang makuha gamit ang ion sputtering technique sa isang vacuum, ang mga varieties nito ay cathode sputtering o ang industrial modification nito - magnetron sputtering. Sa huli lalo na electric current Dahil sa mga ion, nagdedeposito ito ng mga bahagi sa nadeposito na ibabaw, na nagbibigay ng mga bagong katangian.

Sa ganitong paraan posible na makakuha ng tinatawag na ionic reactive coatings (mga pelikula ng nitride, carbide, metal oxides), na mayroong isang kumplikadong mga pambihirang mekanikal, thermophysical at optical na katangian (na may mataas na tigas, paglaban sa pagsusuot, elektrikal at thermal conductivity, optical density), na hindi makukuha ng ibang mga pamamaraan .

Agos ng kuryente sa biology at medisina

Ang kaalaman sa pag-uugali ng mga agos sa mga biological na bagay ay nagbibigay sa mga biologist at manggagamot ng isang makapangyarihang paraan ng pananaliksik, pagsusuri at paggamot.

Mula sa punto ng view ng electrochemistry, ang lahat ng mga biological na bagay ay naglalaman ng mga electrolyte, anuman ang mga tampok na istruktura ng ibinigay na bagay.

Kapag isinasaalang-alang ang daloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng mga biological na bagay, kinakailangang isaalang-alang ang kanilang cellular na istraktura. Ang isang mahalagang elemento ng cell ay ang cell membrane - ang panlabas na shell na nagpoprotekta sa cell mula sa pagkakalantad sa mga salungat na kadahilanan. kapaligiran dahil sa selective permeability nito para sa iba't ibang sangkap. Mula sa physics point of view, ang isang cell membrane ay maaaring isipin bilang parallel na koneksyon isang kapasitor at ilang mga kadena ng isang kasalukuyang pinagmulan at isang risistor na konektado sa serye. Ito ay paunang tinutukoy ang pag-asa ng electrical conductivity ng isang biological na materyal sa dalas ng inilapat na boltahe at ang hugis ng mga oscillations nito.

Ang biological tissue ay binubuo ng mga selula ng mismong organ, intercellular fluid (lymph), mga daluyan ng dugo at mga selula ng nerbiyos. Ang huli, bilang tugon sa impluwensya ng electric current, ay tumugon nang may paggulo, na nagiging sanhi ng mga kalamnan at mga daluyan ng dugo ng hayop na magkontrata at makapagpahinga. Dapat tandaan na ang daloy ng kasalukuyang sa biological tissue ay nonlinear.

Ang isang klasikong halimbawa ng epekto ng electric current sa isang biological na bagay ay ang mga eksperimento ng Italyano na manggagamot, anatomist, physiologist at physicist na si Luigi Galvani, na naging isa sa mga tagapagtatag ng electrophysiology. Sa kanyang mga eksperimento, ang pagdaan ng electric current sa nerbiyos ng paa ng palaka ay humantong sa pag-urong ng kalamnan at pagkibot ng binti. Noong 1791, ang tanyag na pagtuklas ni Galvani ay inilarawan sa kanyang Treatise on the Forces of Electricity in Muscular Movement. Ang mga phenomena mismo na natuklasan ni Galvani ay tinawag na "galvanism" sa loob ng mahabang panahon sa mga aklat-aralin at siyentipikong artikulo. Ang terminong ito ay napanatili pa rin sa mga pangalan ng ilang device at proseso.

Ang karagdagang pag-unlad ng electrophysiology ay malapit na nauugnay sa neurophysiology. Noong 1875, nang nakapag-iisa sa bawat isa, ang English surgeon at physiologist na si Richard Caton at ang Russian physiologist na si V. Ya Danilevsky ay nagpakita na ang utak ay isang generator ng electrical activity, iyon ay, ang mga biocurrent ng utak ay natuklasan.

Ang mga biological na bagay sa kurso ng kanilang mga aktibidad sa buhay ay lumilikha hindi lamang ng mga microcurrents, kundi pati na rin ang malalaking boltahe at alon. Mas maaga kaysa kay Galvani, pinatunayan ng English anatomist na si John Walsh ang elektrikal na katangian ng epekto ng stingray, at ang Scottish surgeon at anatomist na si John Hunter ay nagbigay ng tumpak na paglalarawan ng electrical organ ng hayop na ito. Ang pananaliksik nina Walsh at Hunter ay nai-publish noong 1773.

Sa modernong biology at gamot ginagamit ang mga ito iba't ibang pamamaraan pag-aaral ng mga buhay na organismo, parehong invasive at non-invasive.

Ang isang klasikong halimbawa ng mga invasive na pamamaraan ay isang laboratory rat na may isang grupo ng mga electrodes na nakatanim sa utak nito, tumatakbo sa mga maze o paglutas ng iba pang mga problema na itinalaga dito ng mga siyentipiko.

Kabilang sa mga non-invasive na pamamaraan ang mga pamilyar na pag-aaral tulad ng pagkuha ng encephalogram o electrocardiogram. Sa kasong ito, ang mga electrodes na nagbabasa ng biocurrents ng puso o utak ay nag-aalis ng mga alon nang direkta mula sa balat ng paksa. Upang mapabuti ang pakikipag-ugnay sa mga electrodes, ang balat ay moistened sa solusyon ng asin, na isang mahusay na conductive electrolyte.

Bilang karagdagan sa paggamit ng electric current kapag siyentipikong pananaliksik at teknikal na kontrol sa estado ng iba't ibang mga proseso at reaksyon ng kemikal, isa sa mga pinaka-dramatikong sandali ng paggamit nito, na kilala sa pangkalahatang publiko, ay ang muling pagsisimula ng "natigil" na puso ng sinumang karakter sa isang modernong pelikula.

Sa katunayan, ang daloy ng isang panandaliang pulso ng makabuluhang kasalukuyang ay nasa ilang mga kaso lamang na may kakayahang magsimula ng isang tumigil na puso. Kadalasan, ang normal na ritmo nito ay naibalik mula sa isang estado ng magulong convulsive contraction, na tinatawag na cardiac fibrillation. Ang mga aparatong ginagamit upang ibalik ang normal na ritmo ng mga contraction ng puso ay tinatawag na mga defibrillator. Ang isang modernong awtomatikong defibrillator mismo ay kumukuha ng isang cardiogram, tinutukoy ang fibrillation ng mga ventricles ng puso at nakapag-iisa na nagpapasya kung magugulat o hindi - maaaring sapat na upang ipasa ang isang maliit na trigger pulse sa pamamagitan ng puso. May uso ang pag-install ng mga awtomatikong defibrillator pampublikong lugar, na maaaring makabuluhang bawasan ang bilang ng mga namamatay dahil sa hindi inaasahang pag-aresto sa puso.

Ang pagsasanay sa mga emergency na manggagamot ay walang duda tungkol sa paggamit ng defibrillation - sinanay upang mabilis na matukoy ang pisikal na kondisyon ng isang pasyente mula sa isang ECG, gumawa sila ng desisyon nang mas mabilis kaysa sa isang awtomatikong defibrillator na inilaan para sa pangkalahatang publiko.

Angkop din na banggitin ang mga artipisyal na pacemaker ng puso, kung hindi man ay tinatawag na mga pacemaker. Ang mga aparatong ito ay itinanim sa ilalim ng balat o kalamnan ng pektoral tao, at tulad ng isang aparato, sa pamamagitan ng mga electrodes, ay nagbibigay ng mga kasalukuyang pulso na may boltahe na humigit-kumulang 3 V sa myocardium (muscle sa puso), na nagpapasigla normal na trabaho mga puso. Ang mga modernong pacemaker ay maaaring magbigay ng walang patid na operasyon sa loob ng 6–14 na taon.

Mga katangian ng electric current, henerasyon at aplikasyon nito

Ang electric current ay nailalarawan sa magnitude at hugis. Batay sa pag-uugali nito sa paglipas ng panahon, ang isang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng direktang kasalukuyang (hindi nagbabago sa paglipas ng panahon), aperiodic current (random na nagbabago sa paglipas ng panahon) at alternating current (nagbabago sa paglipas ng panahon ayon sa isang tiyak, karaniwang pana-panahong batas). Minsan ang paglutas ng iba't ibang mga problema ay nangangailangan ng sabay-sabay na presensya ng direkta at alternating kasalukuyang. Sa kasong ito, pinag-uusapan natin ang tungkol sa alternating current na may direktang bahagi.

Sa kasaysayan, ang unang lumitaw ay isang triboelectric current generator, na nakabuo ng kasalukuyang sa pamamagitan ng pagkuskos ng lana sa isang piraso ng amber. Ang mga mas advanced na kasalukuyang generator ng ganitong uri ay tinatawag na ngayong Van de Graaff generators, na pinangalanan sa imbentor ng unang teknikal na solusyon ng naturang mga makina.

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang Italyano physicist na si Alessandro Volta ay nag-imbento ng isang electrochemical direct current generator, na naging hinalinhan ng mga dry na baterya, accumulator at mga fuel cell, na ginagamit pa rin namin ngayon bilang maginhawang kasalukuyang mga mapagkukunan para sa iba't ibang mga device - mula sa wristwatch at mga smartphone para lang mga baterya ng kotse at mga baterya ng traksyon para sa mga de-koryenteng sasakyan ng Tesla.

Bilang karagdagan sa mga direktang kasalukuyang generator na ito, may mga kasalukuyang generator batay sa direktang pagkabulok ng nuklear ng mga isotopes at magnetohydrodynamic current generators (MHD generators), na sa ngayon ay limitado ang paggamit dahil sa kanilang mababang kapangyarihan, mahinang teknolohikal na batayan para sa malawak na aplikasyon at para sa iba pang mga kadahilanan. Gayunpaman, ang mga mapagkukunan ng enerhiya ng radioisotope ay malawakang ginagamit kung saan kailangan ang kumpletong awtonomiya: sa kalawakan, sa mga sasakyang malalim sa dagat at mga istasyon ng hydroacoustic, sa mga parola, buoy, gayundin sa Far North, Arctic at Antarctic.

Sa electrical engineering, ang mga kasalukuyang generator ay nahahati sa mga direktang kasalukuyang generator at mga alternating kasalukuyang generator.

Ang lahat ng mga generator na ito ay batay sa kababalaghan ng electromagnetic induction, na natuklasan ni Michael Faraday noong 1831. Binuo ni Faraday ang unang low-power na unipolar generator na gumagawa ng direktang kasalukuyang. Ang unang alternating current generator ay iminungkahi ng isang hindi kilalang may-akda sa ilalim ng Latin na inisyal na R.M. sa isang liham kay Faraday noong 1832. Matapos mailathala ang liham, natanggap ni Faraday sulat ng pasasalamat mula sa parehong hindi kilalang may-akda na may diagram ng isang pinahusay na generator noong 1833, na gumamit ng karagdagang bakal na singsing (pamatok) upang isara ang mga magnetic flux ng mga paikot-ikot na core.

Gayunpaman, sa oras na iyon ay walang gamit para sa alternating current, dahil ang lahat ng praktikal na aplikasyon ng kuryente sa oras na iyon (mine electrical engineering, electrochemistry, ang bagong umuusbong na electromagnetic telegraphy, ang unang electric motors) ay nangangailangan ng direktang kasalukuyang. Samakatuwid, ang mga kasunod na imbentor ay nakatuon sa kanilang mga pagsisikap sa pagbuo ng mga generator na nagbibigay ng direktang electric current, pagbuo ng iba't ibang mga switching device para sa mga layuning ito.

Isa sa mga unang generator na nakatanggap praktikal na aplikasyon, ay isang magnetoelectric generator ng Russian academician na si B. S. Jacobi. Ang generator na ito ay pinagtibay ng mga galvanic team ng hukbong Ruso, na ginamit ito upang mag-apoy ng mga minahan. Ginagamit pa rin ang mga pinahusay na pagbabago ng generator ng Jacobi upang malayuang i-activate ang mga singil sa minahan, na malawakang inilalarawan sa mga pelikulang pang-militar-historikal kung saan pinasabog ng mga saboteur o partisan ang mga tulay, tren o iba pang bagay.

Kasunod nito, ang pakikibaka sa pagitan ng henerasyon ng direkta o alternating current ay naganap na may iba't ibang tagumpay sa mga imbentor at praktikal na mga inhinyero, na humantong sa apogee ng paghaharap sa pagitan ng mga titans ng modernong industriya ng kuryente: Thomas Edison kasama ang kumpanyang General Electric sa isa. kamay, at Nikola Tesla kasama ang kumpanya ng Westinghouse, sa kabilang banda. Nanalo ang makapangyarihang kapital, at ang mga pag-unlad ni Tesla sa larangan ng henerasyon, paghahatid, at pagbabago ng alternating electric current ay naging pambansang pag-aari ng lipunang Amerikano, na, sa isang malaking lawak, ay nag-ambag nang maglaon sa teknolohikal na pangingibabaw ng Estados Unidos.

Bilang karagdagan sa aktwal na henerasyon ng kuryente para sa iba't ibang pangangailangan, batay sa conversion ng mekanikal na paggalaw sa kuryente, dahil sa reversibility ng mga de-koryenteng makina, naging posible na baligtarin ang pag-convert ng electric current sa mekanikal na paggalaw, ipinatupad ng direkta at alternating kasalukuyang mga de-koryenteng motor. Marahil ito ang mga pinakakaraniwang makina sa ating panahon, kabilang ang mga starter para sa mga kotse at motorsiklo, mga drive para sa mga pang-industriya na makina at iba't ibang kagamitan sa sambahayan. Gamit iba't ibang pagbabago tulad ng mga device, kami ay naging jacks ng lahat ng mga trades, maaari naming magplano, saw, drill at mill. At sa aming mga computer, salamat sa miniature precision DC motors, ang mga hard at optical drive ay umiikot.

Bilang karagdagan sa mga karaniwang electromechanical engine, ang mga ion engine ay nagpapatakbo dahil sa daloy ng electric current, gamit ang prinsipyo ng jet propulsion sa panahon ng pag-ejection ng mga pinabilis na ions ng matter Sa ngayon, ang mga ito ay pangunahing ginagamit sa outer space sa mga maliliit na satellite upang ilunsad ang mga ito sa nais na mga orbit. At ang mga photon engine ng ika-22 siglo, na kasalukuyang umiiral lamang sa disenyo at magdadala ng ating hinaharap na mga interstellar na barko sa mga sublight na bilis, ay malamang na gagana rin sa electric current.

Upang lumikha mga elektronikong elemento at kapag lumalaki ang mga kristal para sa iba't ibang layunin, para sa mga teknolohikal na kadahilanan, kinakailangan ang mga ultra-stable na generator ng DC. Ang ganitong katumpakan na mga generator ng DC na gumagamit ng mga elektronikong bahagi ay tinatawag na kasalukuyang mga stabilizer.

Pagsukat ng electric current

Dapat pansinin na ang mga instrumento para sa pagsukat ng kasalukuyang (microammeters, milliammeters, ammeters) ay ibang-iba sa bawat isa, pangunahin sa uri ng disenyo at mga prinsipyo ng operasyon - ang mga ito ay maaaring mga aparato ng direktang kasalukuyang, mababang dalas na alternating kasalukuyang at mataas na dalas ng alternating current.

Batay sa prinsipyo ng pagpapatakbo, ang electromechanical, magnetoelectric, electromagnetic, magnetodynamic, electrodynamic, induction, thermoelectric at electronic device ay nakikilala. Karamihan sa mga instrumento sa pagsukat ng kasalukuyang pointer ay binubuo ng isang kumbinasyon ng isang gumagalaw/nakapirming frame na may isang liko ng sugat at isang nakapirming/gumagalaw na magnet. Dahil sa disenyo na ito, ang isang tipikal na ammeter ay may katumbas na circuit ng inductance at resistance na konektado sa serye, na pinalipad ng isang kapasidad. Dahil dito, ang frequency response ng dial ammeters ay may rollover sa mataas na frequency.

Ang batayan para sa kanila ay isang miniature galvanometer, at ang iba't ibang mga limitasyon sa pagsukat ay nakamit sa pamamagitan ng paggamit ng mga karagdagang shunt - mga resistor na may mababang pagtutol, na mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa paglaban ng pagsukat ng galvanometer. Kaya, sa batayan ng isang aparato, ang mga instrumento para sa pagsukat ng mga alon ng iba't ibang mga saklaw ay maaaring malikha - microammeters, milliammeters, ammeters at kahit kiloammeters.

Sa pangkalahatan, sa pagsasanay sa pagsukat ang pag-uugali ng sinusukat na kasalukuyang ay mahalaga - maaari itong maging isang function ng oras at mayroon magkaibang hugis- maging pare-pareho, harmonic, non-harmonic, pulsed, at iba pa, at ang halaga nito ay karaniwang ginagamit upang makilala ang mga operating mode ng mga radio circuit at device. Ang mga sumusunod na kasalukuyang halaga ay nakikilala:

• instant,
• amplitude,
• karaniwan,
• root mean square (rms).

Ang agarang halaga ng kasalukuyang I i ay ang halaga ng kasalukuyang sa isang tiyak na punto ng oras. Maaari itong maobserbahan sa screen ng oscilloscope at matukoy para sa bawat sandali sa oras gamit ang oscillogram.

Ang amplitude (peak) na halaga ng kasalukuyang I m ay ang pinakamalaking instant na kasalukuyang halaga sa panahon.

Ang root mean square (rms) value ng kasalukuyang I ay tinutukoy bilang square root ng average na square sa panahon madalian na mga halaga kasalukuyang

Ang lahat ng mga pointer ammeter ay karaniwang naka-calibrate sa mga kasalukuyang halaga ng rms.

Ang average na halaga (constant component) ng kasalukuyang ay ang arithmetic mean ng lahat ng mga instant na halaga nito sa panahon ng pagsukat.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng maximum at minimum na halaga ng kasalukuyang signal ay tinatawag na signal swing.

Ngayon, higit sa lahat, ang parehong multifunctional na digital na instrumento at oscilloscope ay ginagamit upang sukatin ang kasalukuyang - hindi lamang ipinapakita ng kanilang mga screen anyo boltahe / kasalukuyang, ngunit din mahahalagang katangian hudyat. Kasama rin sa mga katangiang ito ang dalas ng pagbabago ng mga pana-panahong signal, samakatuwid, sa teknolohiya ng pagsukat, ang limitasyon ng dalas ng pagsukat ng aparato ay mahalaga.

Pagsukat ng kasalukuyang gamit ang isang oscilloscope

Ang isang paglalarawan ng nasa itaas ay isang serye ng mga eksperimento sa pagsukat ng epektibo at peak na kasalukuyang mga halaga ng sinusoidal at triangular na signal gamit ang isang generator ng signal, isang oscilloscope at isang multifunctional na digital na aparato (multimeter).

Ang pangkalahatang pamamaraan ng eksperimento No. 1 ay ipinakita sa ibaba:

Ang signal generator (FG) ay ikinarga sa serial connection multimeter (MM), shunt resistance R s = 100 Ohm at load resistance R 1 kOhm. Ang oscilloscope OS ay konektado sa parallel sa shunt resistance R s. Ang halaga ng shunt resistance ay pinili mula sa kundisyon R s<

Karanasan 1

Mag-apply tayo ng sinusoidal signal sa load resistance mula sa isang generator na may frequency na 60 Hz at isang amplitude na 9 Volts. Pindutin natin ang napaka-maginhawang Auto Set na button at makikita natin sa screen ang signal na ipinapakita sa Fig. 1. Ang signal swing ay tungkol sa limang malalaking dibisyon na may halaga ng paghahati na 200 mV. Ang multimeter ay nagpapakita ng kasalukuyang halaga na 3.1 mA. Tinutukoy ng oscilloscope ang halaga ng rms ng boltahe ng signal sa pagsukat ng risistor U=312 mV. Ang epektibong halaga ng kasalukuyang sa pamamagitan ng risistor R s ay tinutukoy ng batas ng Ohm:

I RMS = U RMS /R = 0.31 V / 100 Ohm = 3.1 mA,

na tumutugma sa pagbabasa ng multimeter (3.10 mA). Tandaan na ang kasalukuyang saklaw sa pamamagitan ng aming circuit ng dalawang resistors at isang multimeter na konektado sa serye ay katumbas ng

I P-P = U P-P /R = 0.89 V / 100 Ohm = 8.9 mA

Ito ay kilala na ang peak at epektibong mga halaga ng kasalukuyang at boltahe para sa isang sinusoidal signal ay naiiba sa pamamagitan ng isang kadahilanan ng √2. Kung i-multiply ko ang I RMS = 3.1 mA sa √2, makakakuha tayo ng 4.38. Doblehin ang halagang ito at makakakuha tayo ng 8.8 mA, na halos kapareho ng kasalukuyang sinusukat gamit ang isang oscilloscope (8.9 mA).

Karanasan 2

Bawasan natin ng kalahati ang signal mula sa generator. Ang saklaw ng imahe sa oscilloscope ay mababawasan ng eksaktong kalahati (464 mV) at ang multimeter ay magpapakita ng kasalukuyang halaga na 1.55 mA na humigit-kumulang kalahati. Tukuyin natin ang epektibong kasalukuyang mga pagbabasa ng halaga sa isang oscilloscope:

I RMS = U RMS /R = 0.152 V / 100 Ohm = 1.52 mA,

na tinatayang tumutugma sa pagbabasa ng multimeter (1.55 mA).

Karanasan 3

Taasan natin ang dalas ng generator sa 10 kHz. Sa kasong ito, ang imahe sa oscilloscope ay magbabago, ngunit ang hanay ng signal ay mananatiling pareho, at ang mga pagbabasa ng multimeter ay bababa - ito ay nakakaapekto sa pinahihintulutang operating frequency range ng multimeter.

Karanasan 4

Bumalik tayo sa orihinal na dalas ng 60 Hertz at boltahe ng 9 V ng generator ng signal, ngunit magbago anyo ang signal nito mula sinusoidal hanggang triangular. Ang saklaw ng imahe sa oscilloscope ay nanatiling pareho, ngunit ang mga pagbabasa ng multimeter ay bumaba kumpara sa kasalukuyang halaga na ipinakita nito sa eksperimento No. 1, dahil ang epektibong halaga kasalukuyang signal. Ang oscilloscope ay nagpapakita rin ng pagbaba sa rms na boltahe na sinusukat sa risistor R s =100 Ohm.

Mga pag-iingat sa kaligtasan kapag nagsusukat ng kasalukuyang at boltahe

Homemade pedestal stand na may full-feature na teleprompter at mga monitor para sa home video studio

• Dahil, depende sa klase ng kaligtasan ng silid at kondisyon nito, kapag sinusukat ang mga alon, kahit na medyo mababa ang boltahe ng 12-36 V ay maaaring magdulot ng panganib sa buhay, ang mga sumusunod na patakaran ay dapat sundin:
• Huwag sukatin ang mga alon na nangangailangan ng ilang mga propesyonal na kasanayan (sa mga boltahe na higit sa 1000 V).
• Huwag sukatin ang agos sa mga lugar na mahirap abutin o sa matataas na lugar.
• Kapag nagsasagawa ng mga sukat sa isang network ng sambahayan, gumamit ng mga espesyal na paraan ng proteksyon laban sa electric shock (guwantes na goma, banig, bota o bota).
• Gumamit ng wastong tool sa pagsukat.
• Sa kaso ng paggamit ng mga multifunctional na instrumento (multimeter), tiyaking ang parameter na sinusukat at ang halaga nito ay wastong itinakda bago ang pagsukat.
• Gumamit ng panukat na aparato na may gumaganang probe.
• Mahigpit na sundin ang mga rekomendasyon ng tagagawa para sa paggamit ng aparato sa pagsukat.

Agos ng kuryente sa iba't ibang kapaligiran

Agos ng kuryente sa mga metal. Ang mga tagadala ng singil ay mga positibong ion at elektron. Recombination ng mga sisingilin na particle. Self-contained electrical discharge. Agos ng kuryente sa mga semiconductor.

Ministri ng Edukasyon at Agham ng Russian Federation

Institusyon ng Pang-edukasyon na Pambadyet ng Pederal na Estado

mas mataas na propesyonal na edukasyon

"South Ural State University" (NRU)

Pagmimina at Ceramic College

Abstract sa paksa:

« Agos ng kuryente sa iba't ibang kapaligiran"

disiplina: "Physics"

Pinuno, guro

Ilyankina E.N.

mag-aaral ng pangkat 10_

Buong pangalan___________

2012

1. . Agos ng kuryente sa mga gas
2. .Electric current sa isang semiconductor.
3. Agos ng kuryente sa isang vacuum
4. Agos ng kuryente sa mga metal
5. Bibliograpiya

Agos ng kuryente sa mga gas

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang gas ay isang dielectric, i.e. ay binubuo ng mga neutral na atomo at molecule at hindi naglalaman ng mga libreng carrier ng electric current.
Ang conductor gas ay isang ionized gas. Ang ionized gas ay may electron-ion conductivity.

Ang hangin ay isang dielectric sa mga linya ng kuryente, air capacitor, at contact switch.

Ang hangin ay isang konduktor kapag kumikidlat, nagkakaroon ng electric spark, o kapag may naganap na welding arc.

Gas ionization

Ito ay ang pagkasira ng mga neutral na atomo o molekula sa mga positibong ion at electron sa pamamagitan ng pagtanggal ng mga electron mula sa mga atomo. Ang ionization ay nangyayari kapag ang isang gas ay pinainit o nalantad sa radiation (UV, X-ray, radioactive) at ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkawatak-watak ng mga atomo at molekula sa panahon ng banggaan sa mataas na bilis.

Paglabas ng gas

Ito ay electric current sa mga ionized na gas.
Ang mga tagadala ng singil ay mga positibong ion at elektron. Ang paglabas ng gas ay sinusunod sa mga gas-discharge tubes (lamp) kapag nalantad sa isang electric o magnetic field.

Recombination ng mga sisingilin na particle

- ang gas ay huminto sa pagiging isang konduktor kung ang ionization ay huminto, ito ay nangyayari bilang isang resulta ng recombination (muling pagsasama ng mga particle na magkasalungat na sinisingil).

Mayroong self-sustaining at non-self-sustaining gas discharge.

Non-self-sustaining electrical discharge.Ipinakikita ng karanasan na hindi naglalabas ang dalawang platong magkaibang kargado na pinaghihiwalay ng isang layer ng hangin.
Karaniwan, ang isang sangkap sa estado ng gas ay isang insulator dahil ang mga atomo o molekula kung saan ito ay binubuo ay naglalaman ng pantay na bilang ng mga negatibo at positibong singil sa kuryente at sa pangkalahatan ay neutral.
Dalhin natin ang apoy ng posporo o spirit lamp sa espasyo sa pagitan ng mga lamina (Larawan 164).

Sa kasong ito, ang electrometer ay magsisimulang mag-discharge nang mabilis. Dahil dito, ang hangin sa ilalim ng impluwensya ng apoy ay naging isang konduktor. Kapag ang apoy ay tinanggal mula sa puwang sa pagitan ng mga plato, ang paglabas ng electrometer ay hihinto. Ang parehong resulta ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-irradiate ng mga plato na may electric arc light. Ang mga eksperimentong ito ay nagpapatunay na ang gas ay maaaring maging isang conductor ng electric current.
Ang kababalaghan ng pagpasa ng electric current sa pamamagitan ng isang gas, na sinusunod lamang sa ilalim ng kondisyon ng ilang panlabas na impluwensya, ay tinatawagnon-self-sustained electrical discharge.

Thermal ionization.Ang pag-init ng isang gas ay ginagawa itong isang konduktor ng electric current dahil ang ilan sa mga atom o molekula ng gas ay nagiging mga ion.
Upang alisin ang isang electron mula sa isang atom, ang trabaho ay dapat gawin laban sa mga puwersa ng Coulomb attraction sa pagitan ng isang positibong sisingilin na nucleus at isang negatibong elektron. Ang proseso ng pag-alis ng isang elektron mula sa isang atom ay tinatawagionization ng atom.Ang pinakamababang enerhiya na dapat gamitin upang alisin ang isang elektron mula sa isang atom o molekula ay tinatawag enerhiya ng bono.
Ang isang electron ay maaaring mapunit mula sa isang atom kapag ang dalawang atom ay nagbanggaan kung ang kanilang kinetic energy ay lumampas sa binding energy ng electron. Ang kinetic energy ng thermal na paggalaw ng mga atomo o molekula ay direktang proporsyonal sa ganap na temperatura, samakatuwid, sa pagtaas ng temperatura ng gas, ang bilang ng mga banggaan ng mga atomo o molekula, na sinamahan ng ionization, ay tumataas.
Ang proseso ng paglikha ng mga libreng electron at positibong ion bilang resulta ng banggaan ng mga atomo at mga molekula ng gas sa mataas na temperatura ay tinatawagthermal ionization.

Plasma. Ang isang gas kung saan ang isang malaking bahagi ng mga atomo o molekula ay na-ionize ay tinatawag plasma. Ang antas ng thermal ionization ng plasma ay depende sa temperatura. Halimbawa, sa temperatura na 10,000 K, mas mababa sa 10% ng kabuuang bilang ng mga atomo ng hydrogen ang na-ionize sa mga temperaturang higit sa 20,000 K, halos ganap na na-ionize ang hydrogen.
Ang mga plasma electron at ions ay maaaring gumalaw sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field. Kaya, sa mababang temperatura ang gas ay isang insulator sa mataas na temperatura ito ay nagiging plasma at nagiging konduktor ng electric current.

Photoionization. Ang enerhiya na kinakailangan upang alisin ang isang electron mula sa isang atom o molekula ay maaaring ilipat sa pamamagitan ng liwanag. Ang ionization ng mga atomo o molekula sa pamamagitan ng pagkilos ng liwanag ay tinatawag photoionization.

Self-contained electrical discharge.Kapag ang lakas ng electric field ay tumataas sa isang tiyak na halaga, depende sa likas na katangian ng gas at presyon nito, ang isang electric current ay bumangon sa gas kahit na walang impluwensya ng mga panlabas na ionizer. Ang kababalaghan ng electric current na dumadaan sa isang gas, na independiyente sa pagkilos ng mga panlabas na ionizer, ay tinatawagindependiyenteng paglabas ng kuryente.
Sa hangin sa atmospheric pressure, ang isang independiyenteng paglabas ng kuryente ay nangyayari sa lakas ng electric field na katumbas ng humigit-kumulang

Ang pangunahing mekanismo ng gas ionization sa panahon ng isang independiyenteng electric discharge ay ang ionization ng mga atomo at molekula dahil sa mga epekto ng elektron.

Electron impact ionization.Nagiging posible ang ionization sa pamamagitan ng epekto ng elektron kapag ang elektron, sa panahon ng libreng landas nito, ay nakakakuha ng kinetic energy na lumalampas sa nagbubuklod na enerhiya W elektron na may atom.
Kinetic energy W sa electron nakuha sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field lakas, ay katumbas ng gawain ng mga puwersa ng electric field:

W к = Fl = eEl,

kung saan l haba ng libreng landas.
Samakatuwid ang tinatayang kondisyon para sa simula ng ionization sa pamamagitan ng epekto ng elektron ay may anyo

eEl > W .

Ang nagbubuklod na enerhiya ng mga electron sa mga atomo at molekula ay karaniwang ipinahayag saelectronvolts(eV). Ang 1 eV ay katumbas ng gawaing ginawa ng electric field kapag naglilipat ng isang electron (o iba pang particle na may elementary charge) sa pagitan ng mga punto ng field, ang boltahe sa pagitan nito ay katumbas ng 1 V:

Ang enerhiya ng ionization ng isang hydrogen atom, halimbawa, ay 13.6 eV.

Mekanismo ng self-discharge.Ang pagbuo ng isang independiyenteng paglabas ng kuryente sa isang gas ay nagpapatuloy tulad ng sumusunod. Ang isang libreng elektron sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field ay nakakakuha ng acceleration. Kung ang lakas ng patlang ng kuryente ay sapat na mataas, ang libreng landas ng elektron ay nagdaragdag ng kinetic energy nito nang labis na na-ionize ito sa pagbangga sa isang molekula.
Ang unang elektron, na naging sanhi ng ionization ng molekula, at ang pangalawang elektron, na inilabas bilang resulta ng ionization, sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field ay nakakuha ng acceleration sa direksyon mula sa katod hanggang sa anode. Ang bawat isa sa kanila, sa mga kasunod na banggaan, ay naglalabas ng isa pang electron at ang kabuuang bilang ng mga libreng electron ay magiging katumbas ng apat. Pagkatapos, sa parehong paraan, ito ay tumataas sa 8, 16, 32, 64, atbp. Ang bilang ng mga libreng electron na lumilipat mula sa cathode patungo sa anode ay tumataas tulad ng isang avalanche hanggang sa maabot nila ang anode (Fig. 165).

Ang mga positibong ion na nabuo sa gas ay gumagalaw sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field mula sa anode hanggang sa katod. Kapag ang mga positibong ion ay tumama sa katod at sa ilalim ng impluwensya ng liwanag na ibinubuga sa panahon ng proseso ng paglabas, ang mga bagong electron ay maaaring ilabas mula sa katod. Ang mga electron na ito, sa turn, ay pinabilis ng electric field at lumikha ng mga bagong electron-ion avalanches, upang ang proseso ay maaaring magpatuloy nang tuluy-tuloy.
Ang konsentrasyon ng mga ions sa plasma ay tumataas habang ang self-sustained discharge ay nabubuo, at ang electrical resistance ng discharge gap ay bumababa. Ang kasalukuyang lakas sa isang self-discharge circuit ay kadalasang tinutukoy lamang ng panloob na paglaban ng kasalukuyang pinagmumulan at ang electrical resistance ng iba pang mga elemento ng circuit.

Spark discharge. Kidlat.Kung ang kasalukuyang pinagmumulan ay hindi kayang mapanatili ang isang self-sustained electrical discharge sa loob ng mahabang panahon, kung gayon ang self-sustained discharge na nangyayari ay tinatawag napaglabas ng spark.Ang paglabas ng spark ay humihinto sa isang maikling panahon pagkatapos ng pagsisimula ng paglabas bilang isang resulta ng isang makabuluhang pagbaba sa boltahe. Mga halimbawa ng spark discharge: mga spark na nangyayari kapag nagsusuklay ng buhok, naghihiwalay ng mga sheet ng papel, o naglalabas ng capacitor.
Ang kidlat na naobserbahan sa panahon ng bagyo ay kumakatawan din sa isang independiyenteng paglabas ng kuryente. Ang kasalukuyang lakas sa channel ng kidlat ay umabot sa 10,000 x 20,000 A, ang tagal ng kasalukuyang pulso ay ilang sampu ng microseconds. Ang independiyenteng paglabas ng kuryente sa pagitan ng thundercloud at ng Earth ay humihinto nang mag-isa pagkatapos ng ilang pagtama ng kidlat, dahil karamihan sa mga sobrang singil sa kuryente sa thundercloud ay na-neutralize ng electric current na dumadaloy sa lightning plasma channel (Fig. 166).

Habang tumataas ang agos sa channel ng kidlat, umiinit ang plasma hanggang sa temperatura na higit sa 10,000 K. Nagbabago ang presyon sa channel ng plasma ng kidlat habang tumataas ang kasalukuyang at humihinto ang discharge na nagiging sanhi ng sound phenomena na tinatawag na kulog.

Paglabas ng glow. Habang bumababa ang presyon ng gas sa discharge gap, ang discharge channel ay nagiging mas malawak, at pagkatapos ay ang buong discharge tube ay pantay na puno ng makinang na plasma. Ang ganitong uri ng independiyenteng paglabas ng kuryente sa mga gas ay tinatawagpaglabas ng glow(Larawan 167).

Electric arc.Kung ang kasalukuyang lakas sa isang self-sustained gas discharge ay napakataas, kung gayon ang mga epekto mula sa mga positibong ion at electron ay maaaring magdulot ng pag-init ng cathode at anode. Sa mataas na temperatura, ang mga electron ay ibinubuga mula sa ibabaw ng cathode, na tinitiyak ang pagpapanatili ng isang self-sustaining discharge sa gas. Ang isang pangmatagalang independiyenteng paglabas ng kuryente sa mga gas, na pinananatili dahil sa thermionic emission mula sa cathode, ay tinatawagpaglabas ng arko(Larawan 168).

Paglabas ng Corona.Sa lubos na hindi magkakatulad na mga patlang ng kuryente na nabuo, halimbawa, sa pagitan ng isang tip at isang eroplano o sa pagitan ng isang wire at isang eroplano (linya ng kuryente), ang isang independiyenteng paglabas ng isang espesyal na uri ay nangyayari, na tinatawag napaglabas ng corona.Sa panahon ng corona discharge, ang ionization sa pamamagitan ng electron impact ay nangyayari lamang malapit sa isa sa mga electrodes, sa isang lugar na may mataas na lakas ng electric field.

Paglalapat ng mga de-koryenteng discharge.Ang mga epekto ng mga electron na pinabilis ng isang electric field ay humahantong hindi lamang sa ionization ng mga atomo at molekula ng gas, kundi pati na rin sa paggulo ng mga atomo at molekula, na sinamahan ng paglabas ng liwanag. Ang liwanag na paglabas ng plasma mula sa isang independiyenteng paglabas ng kuryente ay malawakang ginagamit sa pambansang ekonomiya at sa pang-araw-araw na buhay. Ito ay mga fluorescent lamp at gas-discharge lamp para sa street lighting, isang electric arc sa isang film projection apparatus at mercury-quartz lamp na ginagamit sa mga ospital at klinika.
Ang mataas na temperatura ng arc discharge plasma ay nagpapahintulot na magamit ito para sa pagputol at pagwelding ng mga istrukturang metal at para sa pagtunaw ng mga metal. Gamit ang isang spark discharge, ang mga bahagi na ginawa mula sa pinakamahirap na materyales ay pinoproseso.
Ang paglabas ng kuryente sa mga gas ay maaari ding isang hindi kanais-nais na kababalaghan na dapat labanan sa teknolohiya. Halimbawa, ang isang corona electrical discharge mula sa mga wire ng high-voltage power lines ay humahantong sa walang kwentang pagkawala ng kuryente. Ang pagtaas sa mga pagkalugi na ito sa pagtaas ng boltahe ay naglalagay ng limitasyon sa landas upang higit pang tumaas ang boltahe sa linya ng kuryente, samantalang ang gayong pagtaas ay lubos na kanais-nais upang mabawasan ang mga pagkalugi ng enerhiya dahil sa pag-init ng mga wire.

Agos ng kuryente sa mga semiconductor

Ayon sa halaga ng electrical resistivity semiconductor sumasakop sa isang intermediate na lugar sa pagitan ng mahusay na conductors at dielectrics. Kasama sa mga semiconductor ang maraming elemento ng kemikal (germanium, silikon, selenium, tellurium, arsenic, atbp.), Isang malaking bilang ng mga haluang metal at mga compound ng kemikal. Halos lahat ng mga di-organikong sangkap sa mundo sa paligid natin ay mga semiconductor. Ang pinakakaraniwang semiconductor sa kalikasan ay silikon, na bumubuo ng halos 30% ng crust ng lupa. Ang pagkakaiba-iba ng husay sa pagitan ng mga semiconductor at mga metal ay ipinakita pangunahin sa pag-asa ng resistivity sa temperatura. Habang bumababa ang temperatura, bumababa ang paglaban ng mga metal. Sa mga semiconductor, sa kabaligtaran, ang paglaban ay tumataas sa pagbaba ng temperatura at malapit sa ganap na zero sila ay halos nagiging insulator (Larawan 4.13.1).

Ang pag-uugali na ito ng ρ(T) dependence ay nagpapakita na sa semiconductors ang konsentrasyon ng mga free charge carrier ay hindi nananatiling pare-pareho, ngunit tumataas sa pagtaas ng temperatura. Ang mekanismo ng electric current sa semiconductors ay hindi maipaliwanag sa loob ng balangkas ng libreng electron gas model. Isaalang-alang natin nang may husay ang mekanismong ito gamit ang halimbawa ng germanium (Ge). Sa isang silikon (Si) kristal ang mekanismo ay magkatulad. Ang mga atomo ng Germanium ay may apat na mahinang nakagapos na mga electron sa kanilang panlabas na shell.

Tinatawag sila mga electron ng valence. Sa isang kristal na sala-sala, ang bawat atom ay napapalibutan ng apat na pinakamalapit na kapitbahay nito. Ang bono sa pagitan ng mga atomo sa isang germanium crystal ay covalent , iyon ay, isinasagawa ng mga pares ng valence electron. Ang bawat valence electron ay nabibilang sa dalawang atoms. Ang mga valence electron sa isang germanium crystal ay mas malakas na nakagapos sa mga atomo kaysa sa mga metal; Samakatuwid, ang konsentrasyon ng mga electron ng pagpapadaloy sa temperatura ng silid sa semiconductors ay maraming mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa mga metal. Malapit sa ganap na zero na temperatura sa isang germanium crystal, lahat ng mga electron ay inookupahan sa pagbuo ng mga bono. Ang gayong kristal ay hindi nagsasagawa ng electric current.

Habang tumataas ang temperatura, ang ilan sa mga valence electron ay maaaring makakuha ng sapat na enerhiya upang masira ang mga covalent bond. Pagkatapos ay lilitaw ang mga libreng electron (conduction electron) sa kristal. Kasabay nito, ang mga bakante ay nabuo sa mga lugar kung saan ang mga bono ay nasira, na hindi inookupahan ng mga electron. Ang mga bakanteng ito ay tinatawag na " mga butas " Ang bakanteng lugar ay maaaring sakupin ng isang valence electron mula sa isang kalapit na pares, pagkatapos ay lumipat ang butas sa isang bagong lugar sa kristal. Sa isang ibinigay na temperatura ng semiconductor, isang tiyak na bilang ng mga pares ng electron-hole ay nabuo sa bawat yunit ng oras.

Kasabay nito, ang reverse na proseso ay nangyayari: kapag ang isang libreng elektron ay nakakatugon sa isang butas, ang elektronikong bono sa pagitan ng mga atomo ng germanium ay naibalik. Ang prosesong ito ay tinatawag recombination . Ang mga pares ng electron-hole ay maaari ding malikha kapag ang isang semiconductor ay naiilaw dahil sa enerhiya ng electromagnetic radiation. Sa kawalan ng isang electric field, ang mga conduction electron at mga butas ay lumahok sa magulong thermal motion. Kung ang isang semiconductor ay inilagay sa isang electric field, kung gayon hindi lamang ang mga libreng electron ang kasangkot sa iniutos na paggalaw, kundi pati na rin ang mga butas, na kumikilos tulad ng mga particle na may positibong sisingilin. Samakatuwid, ang kasalukuyang I sa isang semiconductor ay binubuo ng electron In at hole currents Ip:

Ako = Sa + Ip.

Ang konsentrasyon ng mga electron ng pagpapadaloy sa isang semiconductor ay katumbas ng konsentrasyon ng mga butas: nn = np. Ang mekanismo ng conductivity ng electron-hole ay lilitaw lamang sa dalisay (iyon ay, walang mga impurities) semiconductors. Ito ay tinatawagsariling electrical conductivitysemiconductor. Sa pagkakaroon ng mga impurities, ang electrical conductivity ng semiconductors ay nagbabago nang malaki. Halimbawa, ang pagdaragdag ng phosphorus impurities sa isang silicon crystal sa halagang 0.001 atomic percent ay binabawasan ang resistivity ng higit sa limang order ng magnitude. Ang gayong malakas na impluwensya ng mga impurities ay maaaring ipaliwanag sa batayan ng mga ideya sa itaas tungkol sa istraktura ng semiconductors.

Ang isang kinakailangang kondisyon para sa isang matalim na pagbaba sa resistivity ng isang semiconductor sa pagpapakilala ng mga impurities ay ang pagkakaiba sa valence ng mga impurity atoms mula sa valence ng mga pangunahing atoms ng kristal.Ang conductivity ng semiconductors sa pagkakaroon ng mga impurities ay tinatawagkondaktibiti ng karumihan. Mayroong dalawang uri ng impurity conductivity electron at hole conductivity. Electronic conductivitynangyayari kapag ang pentavalent atoms (halimbawa, arsenic atoms, As) ay ipinapasok sa isang germanium crystal na may tetravalent atoms.

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 7 ang isang pentavalent arsenic atom na matatagpuan sa isang site sa germanium crystal lattice. Ang apat na valence electron ng arsenic atom ay kasama sa pagbuo ng mga covalent bond na may apat na kalapit na germanium atoms.

Ang ikalimang valence electron ay naging kalabisan; madali itong humiwalay sa arsenic atom at nagiging malaya. Ang isang atom na nawalan ng isang electron ay nagiging isang positibong ion na matatagpuan sa isang site sa kristal na sala-sala. Ang isang karumihan ng mga atom na may valency na lumampas sa valence ng mga pangunahing atom ng isang semiconductor crystal ay tinatawagpinaghalong donor.

Bilang resulta ng pagpapakilala nito, lumilitaw ang isang malaking bilang ng mga libreng electron sa kristal. Ito ay humahantong sa isang matalim na pagbaba sa resistivity ng semiconductor ng libu-libo at kahit milyon-milyong beses. Ang resistivity ng isang konduktor na may mataas na nilalaman ng mga impurities ay maaaring lumapit sa isang metal na konduktor. Sa isang germanium crystal na may admixture ng arsenic, may mga electron at butas na responsable para sa sariling conductivity ng kristal.

Ngunit ang pangunahing uri ng mga free charge carrier ay mga electron na hiwalay sa mga arsenic atoms. Sa tulad ng isang kristal nn >> np. Ang nasabing conductivity ay tinatawag na electronic, at isang semiconductor na may elektroniko tinatawag na conductivityn-type na semiconductor.

Kondaktibiti ng butasnangyayari kapag ang mga trivalent atoms (halimbawa, indium atoms, In) ay ipinapasok sa isang germanium crystal. Ang indium atom ay walang elektron upang bumuo ng isang bono sa ikaapat na germanium atom. Ang nawawalang elektron na ito ay maaaring makuha ng indium atom mula sa covalent bond ng mga kalapit na germanium atoms. Sa kasong ito, ang indium atom ay nagiging isang negatibong ion na matatagpuan sa isang site ng kristal na sala-sala, at isang bakante ay nabuo sa covalent bond ng mga kalapit na atomo. Ang isang admixture ng mga atom na may kakayahang kumuha ng mga electron ay tinatawagkarumihan ng acceptor.

Bilang resulta ng pagpapakilala ng isang acceptor impurity, maraming covalent bond ang nasira sa kristal at nabubuo ang mga bakante (butas). Ang mga electron mula sa mga kalapit na covalent bond ay maaaring tumalon sa mga lugar na ito, na humahantong sa magulong paglibot ng mga butas sa buong kristal. Ang pagkakaroon ng karumihan ng acceptor ay makabuluhang binabawasan ang resistivity ng semiconductor dahil sa hitsura malaking bilang libreng butas. Ang konsentrasyon ng mga butas sa isang semiconductor na may isang acceptor impurity ay makabuluhang lumampas sa konsentrasyon ng mga electron na lumitaw dahil sa mekanismo ng sariling electrical conductivity ng semiconductor: np >> nn. Ang ganitong uri ng conductivity ay tinatawagkondaktibiti ng butas.

Ang isang impurity semiconductor na may hole conductivity ay tinatawagsemiconductor na uri ng p. Ang pangunahing free charge carrier sa p-type semiconductors ay mga butas. Dapat itong bigyang-diin na ang kondaktibiti ng butas ay talagang dahil sa paggalaw ng relay ng mga electron sa pamamagitan ng mga bakante mula sa isang germanium atom patungo sa isa pa, na nagsasagawa ng isang covalent bond. Para sa n- at p-type na mga semiconductors, ang batas ng Ohm ay nasiyahan sa ilang mga saklaw ng kasalukuyang at boltahe, sa kondisyon na ang mga konsentrasyon ng mga libreng carrier ay pare-pareho.

Agos ng kuryente sa isang vacuum

Ang pinakamahalagang device sa electronics ng unang kalahati ng ikadalawampu siglo. May mga vacuum tube na gumagamit ng electric current sa isang vacuum. Gayunpaman, pinalitan sila mga aparatong semiconductor. Ngunit kahit ngayon, ang kasalukuyang sa isang vacuum ay ginagamit sa mga tubo ng cathode ray, sa pagtunaw ng vacuum at hinang, kabilang sa espasyo, at sa maraming iba pang mga pag-install. Tinutukoy nito ang kahalagahan ng pag-aaral ng electric current sa isang vacuum.

Vacuum (mula sa lat. vacuum kawalan ng laman) ang estado ng isang gas sa isang presyon na mas mababa kaysa sa atmospera. Ang konseptong ito ay nalalapat sa gas sa isang saradong sisidlan o sa isang sisidlan kung saan ang gas ay pumped, at madalas sa gas sa libreng espasyo, tulad ng espasyo. Ang pisikal na katangian ng vacuum ay ang kaugnayan sa pagitan ng libreng landas ng mga molekula at ang laki ng sisidlan, sa pagitan ng mga electrodes ng aparato, atbp.

Pagdating sa vacuum, sa ilang kadahilanan ay iniisip nila na ito ay ganap na walang laman na espasyo. Sa katunayan, hindi ito ganoon. Kung ang hangin ay pumped out sa isang sisidlan, ang bilang ng mga molekula sa loob nito ay bababa sa paglipas ng panahon, bagaman imposibleng alisin ang lahat ng mga molekula mula sa sisidlan. Kaya kailan natin maisasaalang-alang na ang isang vacuum ay nalikha sa sisidlan?

Ang mga molekula ng hangin, na gumagalaw nang magulo, ay madalas na nagbanggaan sa isa't isa at sa mga dingding ng sisidlan. Sa pagitan ng gayong mga banggaan, lumilipad ang mga molekula ilang mga distansya, na tinatawag na libreng landas ng mga molekula. Ito ay malinaw na kapag ang hangin ay pumped out, ang konsentrasyon ng mga molekula (ang kanilang bilang sa bawat yunit ng dami) ay bumababa, at ang ibig sabihin ng libreng landas ay tumataas. At pagkatapos ay darating ang isang sandali kapag ang ibig sabihin ng libreng landas ay magiging katumbas ng laki ng sisidlan: ang molekula ay gumagalaw mula sa dingding patungo sa dingding ng sisidlan, halos hindi nakakaharap ng ibang mga molekula. Ito ay pagkatapos na sila ay naniniwala na ang isang vacuum ay nilikha sa sisidlan, bagaman maaaring mayroon pa ring maraming mga molekula sa loob nito. Malinaw na sa mas maliliit na sisidlan, ang isang vacuum ay nilikha sa mas mataas na presyon ng gas sa kanila kaysa sa mas malalaking sisidlan. Kung patuloy kang magbomba ng hangin palabas ng sisidlan, sinasabi nila na ang isang mas malalim na vacuum ay nalikha sa loob nito. Sa isang malalim na vacuum, ang isang molekula ay maaaring maglakbay mula sa dingding patungo sa dingding ng maraming beses bago ito makatagpo ng isa pang molekula. Halos imposible na i-pump out ang lahat ng mga molekula mula sa sisidlan. Saan nagmumula ang mga carrier ng libreng bayad sa isang vacuum? Kung ang isang vacuum ay nilikha sa isang sisidlan, pagkatapos ay mayroon pa ring maraming mga molekula sa loob nito, ang ilan sa mga ito ay maaaring ionized. Ngunit may ilang mga sisingilin na particle sa naturang sisidlan upang makita ang isang kapansin-pansing agos. Paano tayo makakakuha ng sapat na bilang ng mga carrier ng libreng bayad sa isang vacuum? Kung pinainit mo ang isang konduktor sa pamamagitan ng pagpasa ng isang electric current sa pamamagitan nito o sa ibang paraan, kung gayon ang ilan sa mga libreng electron sa metal ay magkakaroon ng sapat na enerhiya upang umalis sa metal (gumawa ng isang function ng trabaho).

Thermionic emission.Ikonekta natin ang baras ng isang sisingilin na electrometer na may isang electrode ng isang vacuum glass flask, at ang katawan ng electrometer sa isa pang electrode, na isang manipis na metal thread (Fig. 169). Ipapakita ng karanasan na ang electrometer ay hindi naglalabas.

Sa pagitan ng dalawang electrodes na matatagpuan sa isang selyadong sisidlan kung saan ang hangin ay inalis at sa ilalim ng boltahe, walang electric current, dahil walang libreng electric charge carrier sa isang vacuum. Natuklasan ng Amerikanong siyentipiko at imbentor na si Thomas Edison (18471931) (1879) na ang isang electric current ay lumalabas sa isang vacuum glass flask kung ang isa sa mga electrodes ay pinainit sa isang mataas na temperatura.
Ikonekta natin ang kasalukuyang pinagmumulan sa mga terminal ng metal thread. Kung ang thread ay konektado sa negatibong poste ng pinagmulan, pagkatapos ay kapag ito ay uminit, ang electrometer ay mabilis na naglalabas. Kapag ang thread ay konektado sa positibong poste, ang electrometer ay hindi naglalabas kahit na ang thread ay pinainit ng kasalukuyang. Ang mga eksperimentong ito ay nagpapatunay na ang isang heated cathode ay naglalabas ng mga particle na may negatibo singil ng kuryente. Ang mga particle na ito ay mga electron. Ang kababalaghan ng paglabas ng mga libreng electron mula sa ibabaw ng mga pinainit na katawan ay tinatawagthermionic emission.

Diode. Thermionic emission ay ginagamit sa iba't-ibang mga kagamitang elektroniko. Ang pinakasimpleng sa kanila ay isang electric vacuum diode. Ang device na ito ay binubuo ng isang glass cylinder na naglalaman ng dalawang electrodes: katod at anode. Ang anode ay gawa sa isang metal plate, ang katod ay gawa sa isang manipis na metal wire na pinagsama sa isang spiral. Ang mga dulo ng spiral ay naka-mount sa mga metal rod na may dalawang terminal para sa koneksyon sa de-koryenteng circuit. Sa pamamagitan ng pagkonekta sa cathode ay humahantong sa isang kasalukuyang pinagmumulan, posibleng maging sanhi ng pag-init ng cathode wire helix ng dumadaan na kasalukuyang sa isang mataas na temperatura. Ang wire helix na pinainit ng electric current ay tinatawag na lamp filament. Ang simbolo para sa isang vacuum diode ay ipinapakita sa Figure 170.

Application ng isang diode.Sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang vacuum diode sa isang de-koryenteng circuit sa serye na may direktang kasalukuyang mapagkukunan at isang ammeter, maaari mong matuklasan ang pangunahing pag-aari ng diode, na ginagamit sa iba't ibang mga elektronikong aparato, one-way conductivity. Kapag ang isang kasalukuyang pinagmumulan ay konektado sa isang positibong poste sa anode at isang negatibong poste sa cathode, ang mga electron na ibinubuga ng pinainit na cathode ay gumagalaw sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field sa anode electric current na dumadaloy sa circuit. Kung ikinonekta mo ang isang kasalukuyang mapagkukunan na may isang positibong poste sa katod at isang negatibong poste sa anode, kung gayon ang electric field ay maiiwasan ang paggalaw ng mga electron mula sa katod patungo sa anode; Ang pag-aari ng one-way conductivity ng isang diode ay ginagamit sa mga elektronikong aparato upang i-convert ang alternating current sa direktang kasalukuyang.

Triode. Ang daloy ng mga electron na gumagalaw sa isang vacuum tube mula sa cathode patungo sa anode ay maaaring kontrolin gamit ang electric at magnetic field. Ang pinakasimpleng electric vacuum device kung saan kinokontrol ang daloy ng mga electron gamit ang electric field ay triode. Ang lalagyan, anode at cathode ng isang vacuum triode ay may parehong disenyo tulad ng sa isang diode, gayunpaman, sa landas ng mga electron mula sa cathode patungo sa anode sa triode mayroong isang ikatlong elektrod na tinatawag mesh. Karaniwan ang grid ay isang spiral ng ilang mga pagliko ng manipis na kawad sa paligid ng katod.
Kung ang isang positibong potensyal ay inilapat sa grid na may kaugnayan sa cathode (Larawan 171), kung gayon ang isang makabuluhang bahagi ng mga electron ay lumilipad mula sa katod patungo sa anode, at mayroong isang electric current sa anode circuit. Kapag ang isang negatibong potensyal ay inilapat sa grid na may kaugnayan sa cathode, ang electric field sa pagitan ng grid at ang cathode ay pumipigil sa paggalaw ng mga electron mula sa cathode patungo sa anode (Larawan 172), ang kasalukuyang anode ay bumababa. Kaya, sa pamamagitan ng pagbabago ng boltahe sa pagitan ng grid at ng katod, maaari mong ayusin ang kasalukuyang sa anode circuit.

Ang aparato ng isang vacuum triode ay ipinapakita sa Figure 173, nito simbolo sa mga diagram sa Figure 174.

Mga electron beam at ang kanilang mga katangian.Ang mga electron na ibinubuga ng isang heated cathode ay maaaring mapabilis sa mataas na bilis gamit ang mga electric field. Mga sinag ng mga electron na gumagalaw mula sa mataas na bilis, ay maaaring gamitin upang makagawa ng mga x-ray, matunaw at gupitin ang mga metal. Ang kakayahan ng mga electron beam na mapalihis ng mga electric at magnetic field at maging sanhi ng pagkinang ng mga kristal ay ginagamit sa mga tubo ng cathode ray.

Tubong cathode ray. Kung mayroong 2 sa anode Ang vacuum diode ay gumawa ng isang butas, pagkatapos ay bahagi ng mga electron na ibinubuga ng katod 1 , ay lilipad sa butas at bubuo ng isang stream ng parallel flying electron sa espasyo sa likod ng anode electron beam 5 (Larawan 175).

Ang isang electrovacuum device na gumagamit ng ganoong daloy ng mga electron ay tinatawagtubo ng cathode ray.
panloob na ibabaw Ang glass container ng cathode ray tube sa tapat ng anode ay natatakpan ng manipis na layer ng mga kristal na maaaring kumikinang kapag tinamaan ng mabilis na mga electron. Ang bahaging ito ng tubo ay tinatawag na screen ( 6 ).
Gamit ang mga electric at magnetic field, maaari mong kontrolin ang paggalaw ng mga electron sa landas mula sa anode patungo sa screen at pilitin ang electron beam na "gumuhit" ng anumang larawan sa screen. Ang kakayahang ito ng electron beam ay ginagamit upang lumikha ng mga imahe sa screen ng isang telebisyon cathode ray tube na tinatawag na kinescope. Ang pagbabago ng liwanag ng isang lugar sa screen ay nakakamit sa pamamagitan ng pagkontrol sa intensity ng electron beam gamit ang isang karagdagang electrode na matatagpuan sa pagitan ng cathode at anode at gumagana sa prinsipyo ng control grid ng isang electric vacuum triode.
Sa tubo ng isang cathode ray oscilloscope, dalawang pares ng parallel metal plate ang matatagpuan sa pagitan ng anode at ng screen. Ang mga plate na ito ay tinatawag na mga deflection plate. Paglalapat ng boltahe sa mga vertical plate 4 nagiging sanhi ng paglipat ng electron beam sa pahalang na direksyon, na naglalapat ng boltahe sa mga pahalang na plato 3 nagiging sanhi ng vertical deflection ng beam. Ang mga displacement ng beam sa screen ng tubo ay proporsyonal sa inilapat na boltahe, kaya ang isang elektronikong oscilloscope ay maaaring gamitin bilang isang instrumento sa pagsukat ng elektrikal.
Upang pag-aralan ang mabilis na pagbabago ng mga proseso ng elektrikal sa isang oscilloscope, isinasagawa ang isang sweep - pare-parehong paggalaw ng electron beam nang pahalang. Upang ang sinag ay gumagalaw kasama ang pahalang na axis sa isang pare-parehong bilis, ang boltahe sa pahalang na mga plato ng pagpapalihis ay dapat magbago nang linearly sa oras, at para ang sinag ay bumalik sa orihinal nitong posisyon, ang boltahe ay dapat bumaba nang napakabilis sa zero. Ang anyo ng boltahe na ito ay tinatawag na sawtooth (Larawan 176).

Agos ng kuryente sa mga metal

Ang electric current sa mga metal ay ang nakaayos na paggalaw ng mga electron sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field. Ang mga eksperimento ay nagpapakita na kapag ang kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng isang metal na konduktor, walang sangkap na inililipat, samakatuwid, ang mga metal ions ay hindi nakikibahagi sa paglilipat ng electric charge.

Ang pinaka-nakakumbinsi na katibayan ng elektronikong kalikasan ng kasalukuyang sa mga metal ay nakuha sa mga eksperimento na may pagkawalang-kilos ng mga electron. Ang ideya ng gayong mga eksperimento at ang unang mga resulta ng husay ay nabibilang sa mga pisikong Ruso na sina L. I. Mandelstam at N. D. Papaleksi (1913). Noong 1916, pinahusay ng American physicist na si R. Tolman at ng Scottish physicist na si B. Stewart ang metodolohiya ng mga eksperimentong ito at nagsagawa ng quantitative measurements na hindi maikakaila na nagpapatunay na ang kasalukuyang sa mga metal conductor ay sanhi ng paggalaw ng mga electron. Ang pamamaraan ng eksperimento ni Tolman at Stewart ay ipinapakita sa Fig. 1. Ang isang coil na may malaking bilang ng mga pagliko ng manipis na kawad ay hinimok sa mabilis na pag-ikot sa paligid ng axis nito. Ang mga dulo ng coil ay konektado sa sensitibong sensor gamit ang nababaluktot na mga wire.ballistic galvanometer G. Ang untwisted coil ay mabilis na pinabagal, at isang panandaliang kasalukuyang lumitaw sa circuit dahil sa pagkawalang-galaw ng mga carrier ng singil. Ang kabuuang singil na dumadaloy sa circuit ay sinusukat sa pamamagitan ng pagpapalihis ng galvanometer needle.

Kapag nagpepreno ng umiikot na likid, kumikilos ang puwersa ng pagpepreno sa bawat carrier ng singil ena gumaganap ng isang papel puwersa sa labas , iyon ay, mga puwersa ng hindi de-kuryenteng pinagmulan. Ang panlabas na puwersa sa bawat yunit ng singil ay, sa pamamagitan ng kahulugan, ang lakas ng patlang na Est ng mga panlabas na puwersa:

Dahil dito, sa circuit kapag ang likid ay nagpepreno, a puwersa ng electromotive , katumbas

kung saan l ang haba ng coil wire. Sa panahon ng pagpepreno ng coil, isang singil q katumbas ng

Ang lahat ng dami na kasama sa kanang bahagi ng relasyon na ito ay maaaring masukat. Batay sa mga resulta ng mga eksperimento nina Tolman at Stewart, itinatag na ang mga carrier ng libreng bayad sa mga metal ay may negatibong palatandaan, at ang ratio ng singil ng carrier sa masa nito ay malapit sa tiyak na singil ng elektron na nakuha mula sa iba mga eksperimento. Kaya, itinatag na ang mga carrier ng libreng singil sa mga metal ay mga electron. Ayon sa modernong data, ang electron charge modulus (bayad sa elementarya) ay pantay

Ang mahusay na electrical conductivity ng mga metal ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mataas na konsentrasyon ng mga libreng electron, katumbas ng pagkakasunud-sunod ng magnitude sa bilang ng mga atom sa bawat yunit ng dami. Ang pagpapalagay na ang mga electron ay may pananagutan para sa electric current sa mga metal ay lumitaw nang mas maaga kaysa sa mga eksperimento nina Tolman at Stewart. Bumalik noong 1900, ang Aleman na siyentipiko na si P. Drude, batay sa hypothesis ng pagkakaroon ng mga libreng electron sa mga metal, ay lumikha ng elektronikong teorya ng metal conductivity. Ang teoryang ito ay binuo sa mga gawa ng Dutch physicist na si H. Lorentz at tinawag naklasikal na teoryang elektroniko.Ayon sa teoryang ito, ang mga electron sa mga metal ay kumikilos tulad ng isang electron gas, katulad ng isang perpektong gas. Pinupuno ng electron gas ang espasyo sa pagitan ng mga ion na bumubuo sa kristal na sala-sala ng metal (Larawan 2).

Dahil sa pakikipag-ugnayan sa mga ions, ang mga electron ay maaaring umalis sa metal lamang sa pamamagitan ng pagtagumpayan ang tinatawag napotensyal na hadlang. Ang taas ng hadlang na ito ay tinatawag function ng trabaho . Sa ordinaryong (kuwarto) na temperatura, ang mga electron ay walang sapat na enerhiya upang malampasan ang potensyal na hadlang. Parehong ang mga ion na bumubuo sa sala-sala at ang mga electron ay nakikilahok sa thermal motion. Ang mga ion ay sumasailalim sa mga thermal vibrations malapit sa mga posisyon ng equilibrium ng mga crystal lattice node. Ang mga libreng electron ay gumagalaw nang sapalaran at sa kanilang paggalaw ay bumabangga sa mga ion ng sala-sala. Bilang resulta ng naturang banggaan, ang thermodynamic equilibrium ay naitatag sa pagitan ng electron gas at ng sala-sala. Ayon sa teorya ng DrudeLorentz, ang mga electron ay may parehong average na enerhiya ng thermal motion bilang mga molekula ng isang monatomic ideal na gas. Ito ay nagpapahintulot sa iyo na tantyahin ang average na bilisthermal motion ng mga electron ayon sa mga formula ng molecular kinetic theory.

Sa temperatura ng silid ito ay lumalabas na humigit-kumulang 105 m/s. Kapag ang isang panlabas na electric field ay inilapat sa isang metal conductor, bilang karagdagan sa thermal movement ng mga electron, ang kanilang ordered movement (drift), iyon ay, isang electric current, ay nangyayari. Average na bilisMaaaring matantya ang drift mula sa mga sumusunod na pagsasaalang-alang. Sa pagitan ng oras Δt, ang lahat ng mga electron sa volume ay dadaan sa cross section S ng conductorAng bilang ng naturang mga electron ay pantaykung saan ang n ay ang average na konsentrasyon ng mga libreng electron, humigit-kumulang katumbas ng bilang ng mga atom sa bawat dami ng yunit ng isang metal conductor. Ang isang singil ay dadaan sa cross section ng konduktor sa oras na Δt Ito ay sumusunod mula dito:

Ang konsentrasyon ng n atoms sa mga metal ay nasa hanay na 10281029 m3. Ang pagtatantya gamit ang formula na ito para sa isang metal na konduktor na may cross-section na 1 mm2 na nagdadala ng kasalukuyang 10 A ay nagbibigay para saaverage na bilisiniutos ang paggalaw ng mga electron, ang halaga ay nasa loob ng 0.66 mm/s. Kaya ang average na bilisAng iniutos na paggalaw ng mga electron sa mga metal conductor ay maraming mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa average na biliskanilang thermal movementnagbibigay ng ideya ng kalikasan ng paggalaw ng isang libreng elektron sa isang kristal na sala-sala.

Ang mababang bilis ng drift ay hindi sumasalungat sa eksperimentong katotohanan na ang kasalukuyang sa buong DC circuit ay naitatag halos agad-agad. Ang pagsasara ng circuit ay nagiging sanhi ng pagpapalaganap ng electric field sa bilis na c = 3·108 m/s. Matapos ang isang oras ng pagkakasunud-sunod ng l / s (l na haba ng chain), ang isang nakatigil na pamamahagi ng electric field ay itinatag kasama ang kadena at ang iniutos na paggalaw ng mga electron ay nagsisimula dito. Sa klasikal na elektronikong teorya ng mga metal, ipinapalagay na ang paggalaw ng mga electron ay sumusunod sa mga batas ng mekanika ni Newton. Sa teoryang ito, ang pakikipag-ugnayan ng mga electron sa isa't isa ay napapabayaan, at ang kanilang pakikipag-ugnayan sa mga positibong ion ay nababawasan lamang sa mga banggaan. Ipinapalagay din na sa bawat banggaan ay inililipat ng electron sa sala-sala ang lahat ng enerhiya na naipon sa electric field at samakatuwid pagkatapos ng banggaan ay nagsisimula itong gumalaw nang may zero drift velocity. Sa kabila ng katotohanan na ang lahat ng mga pagpapalagay na ito ay napaka tinatayang, ang klasiko teorya ng elektron qualitatively nagpapaliwanag ng mga batas ng electric current sa metal conductors. Batas ni Ohm. Sa agwat sa pagitan ng mga banggaan, isang puwersa na katumbas ng magnitude na eE ang kumikilos sa electron, bilang isang resulta kung saan ito ay nakakakuha ng accelerationSamakatuwid, sa pagtatapos ng libreng landas, ang bilis ng drift ng elektron ay katumbas ng

kung saan ang τ libreng oras ng paglalakbay, na, upang gawing simple ang mga kalkulasyon, ay ipinapalagay na pareho para sa lahat ng mga electron. Average na bilis ng driftkatumbas ng kalahati ng pinakamataas na halaga:

kung saan ang U = El boltahe sa mga dulo ng konduktor. Ang resultang formula ay nagpapahayag ng batas ng Ohm para sa isang metal na konduktor. Ang electrical resistance ng conductor ay:

Batas ni JouleLenz. Sa pagtatapos ng libreng landas, ang mga electron ay nakakakuha ng kinetic energy sa ilalim ng impluwensya ng field

Ayon sa mga pagpapalagay na ginawa, ang lahat ng enerhiya na ito ay inililipat sa sala-sala sa pagtama at nagiging init. Sa oras na Δt, ang bawat elektron ay nakakaranas ng mga banggaan ng Δt/τ. Ang isang konduktor na may cross section S at haba l ay naglalaman ng mga nSl electron. Ito ay sumusunod na ang init na inilabas sa konduktor sa oras na Δt ay katumbas ng:

Ang ratio na ito ay nagpapahayagBatas ni JouleLenz. Kaya, ang klasikal na teoryang elektroniko ay nagpapaliwanag ng pagkakaroon ng electrical resistance ng mga metal, mga batas ng Ohm at Joule. Gayunpaman, sa ilang mga isyu, ang klasikal na teoryang elektroniko ay humahantong sa mga konklusyon na sumasalungat sa eksperimento. Ang teoryang ito ay hindi maaaring, halimbawa, ipaliwanag kung bakit ang molar heat capacity ng mga metal, pati na rin ang molar heat capacity ng dielectric crystals, ay katumbas ng 3R, kung saan ang R ay ang unibersal na gas constant (Batas nina Dulong at Petit). Ang pagkakaroon ng mga libreng electron ay hindi nakakaapekto sa kapasidad ng init ng mga metal. Hindi rin maipaliwanag ng klasikal na teoryang elektroniko ang pagdepende sa temperatura ng resistivity ng mga metal. Ang teorya ay nagbibigayhabang mula sa eksperimento ang dependence ρ ~ T ay nakuha gayunpaman, ang pinaka-kapansin-pansing halimbawa ng pagkakaiba sa pagitan ng teorya at eksperimento aysuperconductivity. Ayon sa klasikal na teoryang elektroniko, ang resistivity ng mga metal ay dapat bumaba nang monotonically sa paglamig, nananatiling may hangganan sa lahat ng temperatura. Ang pag-asa na ito ay aktwal na sinusunod sa eksperimento sa medyo mataas na temperatura. Sa mas mababang temperatura ng pagkakasunud-sunod ng ilang mga kelvin, ang resistivity ng maraming mga metal ay huminto sa pagdepende sa temperatura at umabot sa isang tiyak na limitasyon ng halaga.

Gayunpaman, ang pinakamalaking interes ay ang nakakagulatsuperconductivity phenomenon,natuklasan ng Danish physicist na si H. Kammerlingh Onnes noong 1911. Sa isang tiyak na temperatura Tcr, naiiba para sa iba't ibang mga sangkap, ang resistivity ay biglang bumababa sa zero (Larawan 3).

Ang kritikal na temperatura para sa mercury ay 4.1 K, para sa aluminyo 1.2 K, para sa lata 3.7 K. Ang superconductivity ay sinusunod hindi lamang sa mga elemento, kundi pati na rin sa maraming mga kemikal na compound at haluang metal. Halimbawa, ang tambalan ng niobium na may lata (Ni3Sn) ay may kritikal na temperatura na 18 K. Ang ilang mga sangkap na nagbabago sa isang superconducting na estado sa mababang temperatura ay hindi mga conductor sa ordinaryong temperatura. Kasabay nito, ang mga "magandang" conductor tulad ng tanso at pilak ay hindi nagiging superconductor sa mababang temperatura.

Ang mga sangkap sa isang superconducting state ay may mga natatanging katangian. Sa pagsasagawa, ang pinakamahalaga sa kanila ay ang kakayahang mapanatili ang isang electric current na nasasabik sa isang superconducting circuit sa loob ng mahabang panahon (maraming taon) nang walang pagpapalambing. Ang klasikal na teoryang elektroniko ay hindi maipaliwanag ang kababalaghan ng superconductivity. Ang isang paliwanag ng mekanismo ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ibinigay lamang 60 taon pagkatapos ng pagtuklas nito batay sa mga konsepto ng quantum mechanical.

Nadagdagan ang siyentipikong interes sa superconductivity habang natuklasan ang mga bagong materyales na may mas mataas na kritikal na temperatura. Ang isang makabuluhang hakbang sa direksyon na ito ay naganap noong 1986, nang matuklasan na ang isang kumplikadong ceramic compound ay may Tcr = 35 K. Nitong sumunod na 1987, ang mga physicist ay nakagawa ng mga bagong keramika na may kritikal na temperatura na 98 K, na lumampas sa temperatura ng likidong nitrogen (77 K). Ang kababalaghan ng paglipat ng mga sangkap sa isang superconducting na estado sa mga temperatura na lumampas sa kumukulong punto ng likidong nitrogen ay tinawagmataas na temperatura superconductivity.

Noong 1988, nilikha ang isang ceramic compound batay sa mga elementong TlCaBaCuO na may kritikal na temperatura na 125 K. Sa kasalukuyan, isinasagawa ang masinsinang gawain upang maghanap ng mga bagong sangkap na may mas mataas na halaga ng Tcr. Inaasahan ng mga siyentipiko na makuha ang sangkap sa isang superconducting na estado sa temperatura ng silid. Kung mangyayari ito, ito ay magiging isang tunay na rebolusyon sa agham, teknolohiya at sa buhay ng mga tao sa pangkalahatan. Dapat ito ay nabanggit na hanggang ngayon ang mekanismo ng mataas na temperatura superconductivity ceramic na materyales hindi lubos na nauunawaan.

Agos ng kuryente sa mga electrolyte

Ang mga electrolyte ay karaniwang tinatawag na conductive media kung saan ang daloyagos ng kuryentesinamahan ng paglilipat ng bagay. Ang mga carrier ng libreng singil sa mga electrolyte ay positibo at negatibong sisingilin ng mga ion. Ang mga electrolyte ay kinabibilangan ng maraming metal compound na may mga metalloid sa molten state, pati na rin ang ilang solids. Gayunpaman, ang mga pangunahing kinatawan ng mga electrolyte na malawakang ginagamit sa teknolohiya aymay tubig na solusyon ng mga inorganic acid, salts at bases.

Ang pagpasa ng electric current sa pamamagitan ng electrolyte ay sinamahan ng paglabas ng mga sangkap sa mga electrodes. Ang kababalaghang ito ay tinatawag electrolysis . Ang electric current sa electrolytes ay kumakatawan sa paggalaw ng mga ions ng parehong mga palatandaan sa magkasalungat na direksyon. Ang mga positibong ion ay gumagalaw patungo sa negatibong elektrod ( katod ), mga negatibong ion sa positibong elektrod (anode). Ang mga ions ng parehong mga palatandaan ay lumilitaw sa may tubig na mga solusyon ng mga asing-gamot, acids at alkalis bilang resulta ng paghahati ng ilang mga neutral na molekula. Ang kababalaghang ito ay tinatawagelectrolytic dissociation. Halimbawa, ang tansong klorido CuCl2 ay naghihiwalay sa isang may tubig na solusyon sa mga ion ng tanso at klorin:

Kapag ang mga electrodes ay konektado sa isang kasalukuyang pinagmumulan, ang mga ions sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field ay nagsisimula ng isang ordered na paggalaw: ang mga positibong copper ions ay lumipat patungo sa katod, at ang mga negatibong sisingilin na chlorine ions ay lumipat patungo sa anode. Ang pagkakaroon ng maabot ang katod, ang mga ion ng tanso ay na-neutralize ng labis na mga electron ng katod at nagiging mga neutral na atomo, na idineposito sa katod. Ang mga chlorine ions, na umaabot sa anode, ay nagbibigay ng isang elektron.

Pagkatapos nito, ang mga neutral na chlorine atoms ay nagsasama sa mga pares at bumubuo ng mga chlorine molecule na Cl2. Ang klorin ay inilabas sa anode sa anyo ng mga bula. Sa maraming mga kaso, ang electrolysis ay sinamahanpangalawang reaksyonmga produktong decomposition na inilabas sa mga electrodes, na may materyal na elektrod o mga solvents. Ang isang halimbawa ay ang electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng copper sulfate CuSO4 ( tansong sulpate) sa kaso kapag ang mga electrodes na nahuhulog sa electrolyte ay gawa sa tanso. Ang dissociation ng tansong sulpate molecule ay nangyayari ayon sa scheme

Ang mga neutral na atomo ng tanso ay idineposito bilang isang solidong deposito sa katod. Sa ganitong paraan, maaaring makuha ang purong tanso sa kemikal. Ionnagbibigay ng dalawang electron sa anode at nagiging neutral na radical SO4 at pumapasok sa pangalawang reaksyon sa tansong anode:

SO4 + Cu = CuSO4.

Ang resultang copper sulfate molecule ay napupunta sa solusyon. Kaya, kapag dumaan ang electric current may tubig na solusyon Tinutunaw ng tansong sulpate ang tansong anode at nagdeposito ng tanso sa katod. Ang konsentrasyon ng solusyon sa tansong sulpate ay hindi nagbabago.

Ang batas ng electrolysis ay eksperimento na itinatag ng English physicist na si M. Faraday noong 1833. Tinutukoy ng batas ni Faraday bilang ng mga pangunahing produkto,inilabas sa mga electrodes sa panahon ng electrolysis:Ang mass m ng substance na inilabas sa electrode ay direktang proporsyonal sa charge Q na dumadaan sa electrolyte:

Dito ang m0 at q0 ay ang masa at singil ng isang ion,ang bilang ng mga ions na dumarating sa electrode kapag ang charge Q ay dumaan sa electrolyte Kaya, ang electrochemical equivalent k ay katumbas ng ratio ng mass m0 ng isang ion ng isang substance sa charge nito q0. Dahil ang singil ng ion ay katumbas ng produkto ng valence ng substance n at ang elementary charge e (q0 = ne), ang expression para sa electrochemical equivalent k ay maaaring isulat sa anyo

Ang pare-pareho ng Faraday ay katumbas ng numero sa singil na dapat ipasa sa electrolyte upang palabasin ang isang nunal ng monovalent substance sa electrode. Ang batas ng Faraday para sa electrolysis ay nasa anyo:

Ang kababalaghan ng electrolysis ay malawakang ginagamit sa modernong pang-industriyang produksyon.

Bibliograpiya

http://fizika XX .ayp.ru/4/4_13.html

http://class-XXfizika. mga tao. ru /10_13. htm

http://physics. XXkgsu. ru/index. php? opsyon = com _ nilalaman at view = artikulo at id =213

http://nika-XXfizika. mga tao. ru /68_0. htm

http://www. XXmiruma. ru / elektricheskiy - tok - v - razlichnyih - sredah /

http://fizika. XXayp. ru /4/4_15. html

Ang isa sa pinakamahalagang kahulugan ng pisika ay nagsasaad na ang electric current ay anumang nakaayos na paggalaw ng mga particle na may ilang uri ng singil. Mula dito maaari nating tapusin na upang lumitaw ang isang electric current, dapat mayroong mga libreng electron o ions sa metal, likido o anumang iba pang materyal, na lilipat sa ilalim ng impluwensya ng electromagnetic field. Kasabay nito, ang electric current sa iba't ibang mga kapaligiran ay magkakaroon ng ilang mga katangian, kung kaya't ang daloy nito sa bawat isa sa kanila ay magkakaiba.

Kung isasaalang-alang natin ang mga tampok ng pagbuo at daloy ng electric current sa mga metal, kung gayon una sa lahat ito ay nagkakahalaga ng pagbibigay pansin sa istraktura ng mga metal mismo, na kumakatawan Kasabay nito, ang mga ions na may positibong singil ay matatagpuan sa mga node ng sala-sala na ito, at sa puwang sa pagitan ng mga node na ito, ang mga electron na may negatibong singil ay gumagalaw sa isang magulong order na singil. Kung lumikha ka ng isang electric field sa paligid ng metal, ang paggalaw ng mga electron ay magiging mas maayos. Maaari nating tapusin na may kaugnayan sa mga metal, ang electric current ay ang direktang paggalaw ng mga electron.

Ang pangunahing katangian ng daloy ng electric current sa mga metal ay ang kasalukuyang-boltahe na expression na kilala bilang batas ng Ohm. Ayon sa batas na ito, ito ay direktang umaasa sa boltahe at kabaligtaran na umaasa sa paglaban. Pagsusuri ng electric current sa iba't ibang kapaligiran, ito ay nagkakahalaga espesyal na atensyon bigyang pansin ang pagbuo at daloy nito sa isang likidong daluyan.

Sa electrolytes ito ay nangyayari dahil sa isang reaksyon na tinatawag na electrolytic dissociation. Ang kakanyahan nito ay namamalagi sa pagkasira ng mga molekula ng alkalis, salts o acids sa positive at negative charged ions, na nagiging carrier sa mga likido. Ang bagay ay kapag ang isang electromagnetic field ay nagsimulang kumilos sa isang solusyon, ang magulong paggalaw ng mga ions ay nagiging isang ordered. Sa kasong ito, ang mga positibong ion ay nagsisimulang lumipat patungo sa elektrod, na may negatibong singil, at ang mga negatibong ion ay nagsisimulang lumipat patungo sa elektrod, na may positibong singil. Kaya, hindi katulad ng parehong mga metal, ang electric current sa electrolytes ay ang iniutos na paggalaw ng mga ions. Bilang karagdagan, nararapat na tandaan na sa panahon ng pagpasa ng mga ion na ito sa pamamagitan ng isang solusyon, ang mga sangkap ay palaging nabuo sa mga electrodes na mga istrukturang sangkap ng solusyon na ito, maging ito ay isang alkali, isang acid o isang asin. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, na tinatawag na electrolysis, ay aktibong ginagamit sa mga pang-industriya na negosyo upang makakuha ng mga purong metal, pati na rin para sa patong at pag-polish ng ilang mga produkto.

Isinasaalang-alang ang electric current sa iba't ibang media, lalo na, sa mga metal at likido, itinuro namin na ang mga sangkap na ito ay naglalaman na ng mga libreng ion o electron. Ano ang nangyayari sa gas, na, tulad ng nalalaman, ay binubuo ng mga neutral na molekula? Ang isang electric current na walang mga libreng particle na may negatibo o positibong singil ay imposible, kaya una ang gas ay dapat na ionized, iyon ay, ang mga sisingilin na particle ay dapat malikha sa loob nito. Ang enerhiya na ginugol para dito ay kung saan ay umaabot sa pinakamataas na halaga para sa at pinakamababang halaga para sa mga atomo ng ionization ng gas ay humahantong sa pagbuo ng tatlo iba't ibang uri sisingilin na mga particle - mga electron na may negatibong singil, pati na rin ang mga positibo at negatibong ion. Ang lahat ng mga particle na ito, sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na larangan, ay nagsisimulang gumalaw sa isang maayos na paraan, na sinusunod ang parehong prinsipyo tulad ng kapag ang mga ion ay gumagalaw sa mga likido. Kaya, ang electric current sa mga gas ay kumakatawan sa direktang paggalaw ng parehong mga ion (positibo at negatibo) at mga electron.

Pagguhit ng isang konklusyon, maaari nating tandaan ang mga sumusunod: ang electric current sa iba't ibang mga kapaligiran ay may sariling mga katangian, na malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan ng pambansang ekonomiya, pati na rin sa mga eksperimento sa pananaliksik.