Kokios elektros srovės egzistuoja žemėje. Elektros srovė

Visų pirma, verta išsiaiškinti, kas yra elektros srovė. Elektros srovė yra tvarkingas įkrautų dalelių judėjimas laidininke. Kad jis atsirastų, pirmiausia turi būti sukurtas elektrinis laukas, kurio įtakoje ims judėti minėtos įkrautos dalelės.

Pirmosios žinios apie elektrą prieš daugelį amžių buvo susijusios su elektros „krūviais“, atsirandančiais dėl trinties. Jau senovėje žmonės žinojo, kad gintaras, trinamas su vilna, įgavo savybę pritraukti lengvus daiktus. Tačiau tik XVI amžiaus pabaigoje anglų gydytojas Gilbertas išsamiai ištyrė šį reiškinį ir išsiaiškino, kad daugelis kitų medžiagų turi lygiai tokias pačias savybes. Kūnus, kurie, kaip ir gintaras, po trynimo gali pritraukti lengvus daiktus, jis pavadino įelektrintais. Šis žodis kilęs iš graikų elektrono - „gintaras“. Šiuo metu mes sakome, kad tokios būsenos kūnai turi elektros krūvius, o patys kūnai vadinami „įkrauti“.

Elektros krūviai visada atsiranda dėl artimo kontakto įvairių medžiagų. Jei kūnai yra kieti, jų artimą kontaktą neleidžia jų paviršiuje esantys mikroskopiniai išsikišimai ir nelygumai. Suspausdami tokius kūnus ir trindami juos vienas į kitą, sujungiame jų paviršius, kurie be spaudimo liestųsi tik keliuose taškuose. Kai kuriuose kūnuose elektros krūviai gali laisvai judėti tarp skirtingų dalių, tačiau kituose tai neįmanoma. Pirmuoju atveju korpusai vadinami „laidininkais“, o antruoju - „dielektrikais arba izoliatoriais“. Visi metalai yra laidininkai vandeniniai tirpalai druskos ir rūgštys ir kt. Izoliatorių pavyzdžiai yra gintaras, kvarcas, ebonitas ir visos įprastomis sąlygomis randamos dujos.

Nepaisant to, reikia pažymėti, kad kūnų skirstymas į laidininkus ir dielektrikus yra labai savavališkas. Visos medžiagos didesniu ar mažesniu laipsniu praleidžia elektrą. Elektros krūviai yra teigiami ir neigiami. Tokia srovė truks neilgai, nes elektrifikuotas korpusas išsikraus. Kad laidininke nuolat egzistuotų elektros srovė, būtina palaikyti elektrinį lauką. Šiems tikslams naudojami elektros srovės šaltiniai. Paprasčiausias elektros srovės atsiradimo atvejis, kai vienas laido galas yra prijungtas prie elektrifikuoto korpuso, o kitas - prie žemės.

Elektros grandinės, tiekiančios srovę į lemputes ir elektros variklius, neatsirado iki baterijų išradimo, kuris datuojamas maždaug 1800 m. Po to elektros doktrina vystėsi taip greitai, kad per mažiau nei šimtmetį ji tapo ne tik fizikos dalimi, bet ir sudarė naujos elektrinės civilizacijos pagrindą.

Pagrindiniai elektros srovės dydžiai

Elektros ir srovės kiekis. Elektros srovės poveikis gali būti stiprus arba silpnas. Elektros srovės stiprumas priklauso nuo krūvio, kuris prateka grandine per tam tikrą laiko vienetą. Kuo daugiau elektronų judėjo iš vieno šaltinio poliaus į kitą, tuo didesnis bendras elektronų perduodamas krūvis. Šis grynasis krūvis vadinamas elektros energijos kiekiu, praeinančiu per laidininką.

Visų pirma, cheminis elektros srovės poveikis priklauso nuo elektros kiekio, ty kuo didesnis krūvis praleidžiamas per elektrolito tirpalą, tuo daugiau medžiagos nusėda ant katodo ir anodo. Šiuo atžvilgiu elektros kiekį galima apskaičiuoti pasveriant ant elektrodo nusėdusios medžiagos masę ir žinant vieno šios medžiagos jono masę ir krūvį.

Srovės stipris yra dydis, lygus elektros krūvio, praeinančio per laidininko skerspjūvį, ir jo tekėjimo laiko santykiui. Krūvio vienetas yra kulonas (C), laikas matuojamas sekundėmis (s). Šiuo atveju srovės vienetas išreiškiamas C/s. Šis vienetas vadinamas amperu (A). Norint išmatuoti srovę grandinėje, naudojamas elektrinis matavimo prietaisas, vadinamas ampermetru. Kad būtų galima įtraukti į grandinę, ampermetras turi du gnybtus. Jis nuosekliai prijungtas prie grandinės.

Elektros įtampa. Jau žinome, kad elektros srovė yra tvarkingas įkrautų dalelių – elektronų – judėjimas. Šis judėjimas sukuriamas naudojant elektrinį lauką, kuris atlieka tam tikrą darbo kiekį. Šis reiškinys vadinamas elektros srovės darbu. Norint per 1 s perkelti didesnį krūvį elektros grandine, elektrinis laukas turi veikti puikus darbas. Remiantis tuo, paaiškėja, kad elektros srovės darbas turėtų priklausyti nuo srovės stiprumo. Tačiau yra dar viena vertė, nuo kurios priklauso srovės veikimas. Šis dydis vadinamas įtampa.

Įtampa yra darbo, kurį srovė atlieka tam tikroje elektros grandinės atkarpoje, ir krūvio, tekančio per tą pačią grandinės dalį, santykis. Srovės darbas matuojamas džauliais (J), krūvis – kulonais (C). Šiuo atžvilgiu įtampos matavimo vienetas taps 1 J/C. Šis vienetas buvo vadinamas voltu (V).

Kad elektros grandinėje atsirastų įtampa, reikalingas srovės šaltinis. Kai grandinė yra atvira, įtampa yra tik srovės šaltinio gnybtuose. Jei šis srovės šaltinis yra įtrauktas į grandinę, įtampa taip pat atsiras atskirose grandinės dalyse. Šiuo atžvilgiu grandinėje atsiras srovė. Tai yra, galime trumpai pasakyti taip: jei grandinėje nėra įtampos, nėra ir srovės. Įtampai matuoti naudojamas elektrinis matavimo prietaisas, vadinamas voltmetru. jo išvaizda jis panašus į anksčiau minėtą ampermetrą, tik skirtumas tas, kad voltmetro skalėje rašoma V raidė (o ne A ant ampermetro). Voltmetras turi du gnybtus, kurių pagalba jis yra lygiagrečiai prijungtas prie elektros grandinės.

Elektrinė varža. Prie elektros grandinės prijungus įvairius laidininkus ir ampermetrą, galima pastebėti, kad naudojant skirtingus laidininkus ampermetras pateikia skirtingus rodmenis, t.y. šiuo atveju elektros grandinėje esanti srovės stipris skiriasi. Šį reiškinį galima paaiškinti tuo, kad skirtingi laidininkai turi skirtingą elektrinę varžą, kuri yra fizikinis dydis. Jis buvo pavadintas Ohm vokiečių fiziko garbei. Paprastai fizikoje naudojami didesni vienetai: kiloomai, megaomai ir kt. Laidininko varža dažniausiai žymima raide R, laidininko ilgis – L, o skerspjūvio plotas – S. Šiuo atveju pasipriešinimas gali būti parašytas kaip formulė:

R = r * L/S

kur koeficientas p vadinamas varža. Šis koeficientas išreiškia 1 m ilgio laidininko, kurio skerspjūvio plotas lygus 1 m2, varžą. Savitoji varža išreiškiama omų x m. Kadangi laidai, kaip taisyklė, turi gana mažą skerspjūvį, jų plotai paprastai išreiškiami kvadratiniais milimetrais. Šiuo atveju varžos vienetas bus Ohm x mm2/m. Žemiau esančioje lentelėje. 1 paveiksle parodyta kai kurių medžiagų savitoji varža.

Pagal lentelę. 1 tampa aišku, kad varis turi mažiausią elektrinę varžą, o metalo lydinys – didžiausią. Be to, dielektrikai (izoliatoriai) turi didelę varžą.

Elektrinė talpa. Jau žinome, kad du vienas nuo kito izoliuoti laidininkai gali kaupti elektros krūvius. Šiam reiškiniui būdingas fizikinis dydis, vadinamas elektrine talpa. Dviejų laidininkų elektrinė talpa yra ne kas kita, kaip vieno iš jų krūvio ir potencialų skirtumo tarp šio ir gretimo laidininko santykis. Kuo mažesnė įtampa, kai laidininkai gauna krūvį, tuo didesnė jų talpa. Elektrinės talpos vienetas yra faradas (F). Praktikoje naudojamos šio vieneto frakcijos: mikrofaradas (μF) ir pikofaradas (pF).

Jei paimsite du vienas nuo kito atskirtus laidininkus ir pastatysite juos nedideliu atstumu vienas nuo kito, gausite kondensatorių. Kondensatoriaus talpa priklauso nuo jo plokščių storio ir nuo dielektriko storio bei pralaidumo. Sumažinus dielektriko storį tarp kondensatoriaus plokščių, pastarojo talpa gali būti žymiai padidinta. Ant visų kondensatorių, be jų talpos, turi būti nurodyta įtampa, kuriai šie įrenginiai yra skirti.

Elektros srovės darbas ir galia. Iš to, kas išdėstyta pirmiau, aišku, kad elektros srovė atlieka tam tikrą darbą. Jungiant elektros variklius elektros srovė priverčia dirbti visokius įrenginius, judina traukinius bėgiais, apšviečia gatves, šildo namus, taip pat sukelia cheminį efektą, t.y. leidžia elektrolizę ir pan.. Galima sakyti, kad atliktas darbas pagal srovę tam tikroje grandinės atkarpoje yra lygi gaminio srovei, įtampai ir laikui, per kurį buvo atliktas darbas. Darbas matuojamas džauliais, įtampa – voltais, srovė – amperais, laikas – sekundėmis. Šiuo atžvilgiu 1 J = 1B x 1A x 1s. Iš to paaiškėja, kad norint išmatuoti elektros srovės darbą, vienu metu reikia naudoti tris instrumentus: ampermetrą, voltmetrą ir laikrodį. Tačiau tai sudėtinga ir neveiksminga. Todėl dažniausiai elektros srovės darbas matuojamas elektros skaitikliais. Šiame įrenginyje yra visi aukščiau išvardyti įrenginiai.

Elektros srovės galia lygi srovės darbo ir laiko, per kurį jis buvo atliktas, santykiui. Galia žymima raide „P“ ir išreiškiama vatais (W). Praktiškai naudojami kilovatai, megavatai, hekvatai ir kt., Norint išmatuoti grandinės galią, reikia paimti vatmetrą. Elektros inžinieriai srovės darbą išreiškia kilovatvalandėmis (kWh).

Pagrindiniai elektros srovės dėsniai

Omo dėsnis. Įtampa ir srovė laikomos naudingiausiomis elektros grandinių charakteristikomis. Vienas pagrindinių elektros panaudojimo bruožų – greitas energijos pernešimas iš vienos vietos į kitą ir perdavimas vartotojui reikiama forma. Potencialų skirtumo ir srovės sandauga suteikia galią, ty grandinėje per laiko vienetą išsiskiriančios energijos kiekį. Kaip minėta aukščiau, norint išmatuoti elektros grandinės galią, reikėtų 3 prietaisų. Ar galima apsieiti su vienu ir apskaičiuoti galią pagal jo rodmenis ir kai kurias grandinės charakteristikas, pvz., varžą? Daugeliui žmonių ši idėja patiko ir pasirodė, kad ji buvo vaisinga.

Taigi, kokia yra laido ar grandinės kaip visumos varža? Ar viela, kaip ir vandens vamzdžiai ar vakuuminės sistemos vamzdžiai, turi nuolatinę savybę, kurią būtų galima pavadinti varža? Pavyzdžiui, vamzdžiuose slėgio skirtumo, sukuriančio srautą, santykis, padalytas iš srauto greičio, paprastai yra pastovi vamzdžio charakteristika. Panašiai šilumos srautą laidoje reguliuoja paprastas ryšys, apimantis temperatūros skirtumą, laido skerspjūvio plotą ir jo ilgį. Tokio ryšio tarp elektros grandinių atradimas buvo sėkmingų paieškų rezultatas.

1820-aisiais vokiečių mokyklos mokytoja Georg Ohm buvo pirmasis, kuris pradėjo ieškoti minėtų santykių. Pirmiausia jis siekė šlovės ir šlovės, kuri leistų dėstyti universitete. Štai kodėl jis pasirinko mokslinių tyrimų sritį, kuri žadėjo ypatingų pranašumų.

Omas buvo mechaniko sūnus, todėl mokėjo traukti įvairaus storio metalinę vielą, kurios jam reikėjo eksperimentams. Kadangi tais laikais nebuvo įmanoma nusipirkti tinkamos vielos, Omas jį pagamino pats. Per savo eksperimentus jis išbandė skirtingus ilgius, skirtingus storius, skirtingus metalus ir net skirtingas temperatūras. Visus šiuos veiksnius jis keitė po vieną. Ohmo laikais baterijos vis dar buvo silpnos ir gamino nenuoseklią srovę. Šiuo atžvilgiu tyrėjas kaip generatorių panaudojo termoporą, kurios karšta jungtis buvo dedama į liepsną. Be to, jis naudojo neapdorotą magnetinį ampermetrą ir išmatavo potencialų skirtumus (Omas vadino juos „įtampa“), keisdamas temperatūrą arba šiluminių sandūrų skaičių.

Elektros grandinių tyrimas tik pradėjo vystytis. Apie 1800 m. išradus baterijas, jos pradėjo vystytis daug greičiau. Buvo projektuojami ir gaminami įvairūs prietaisai (dažnai rankomis), atrasti nauji dėsniai, sąvokos, terminai ir tt Visa tai paskatino gilesnį supratimą elektriniai reiškiniai ir veiksniai.

Žinių apie elektrą atnaujinimas, viena vertus, tapo naujos fizikos srities atsiradimo priežastimi, kita vertus, tai buvo pagrindas sparčiai elektrotechnikos, tai yra baterijų, generatorių, apšvietimo maitinimo sistemų, raidai. ir buvo išrastos elektros pavara, elektrinės krosnys, elektros varikliai ir kt.

Ohmo atradimai turėjo didelę reikšmę tiek plėtojant elektros studijas, tiek plėtojant taikomąją elektrotechniką. Jie leido lengvai numatyti nuolatinės srovės, o vėliau ir kintamos srovės elektros grandinių savybes. 1826 m. Ohmas išleido knygą, kurioje išdėstė teorines išvadas ir eksperimentinius rezultatus. Tačiau jo viltys nepasiteisino, knyga buvo sutikta pašaipiai. Taip atsitiko todėl, kad neapdoroto eksperimentavimo metodas atrodė nepatrauklus laikais, kai daugelis domėjosi filosofija.

Jam neliko nieko kito, kaip tik palikti mokytojo pareigas. Dėl tos pačios priežasties jis negavo paskyrimo į universitetą. 6 metus mokslininkas gyveno skurde, nepasitikėdamas ateitimi, jausdamas kartaus nusivylimo jausmą.

Tačiau pamažu jo darbai išgarsėjo, pirmiausia už Vokietijos ribų. Om buvo gerbiamas užsienyje ir jam buvo naudingas jo tyrimas. Šiuo atžvilgiu jo tautiečiai buvo priversti jį pripažinti tėvynėje. 1849 m. gavo profesoriaus pareigas Miuncheno universitete.

Ohmas atrado paprastą dėsnį, nustatantį ryšį tarp srovės ir įtampos laido atkarpoje (grandinės daliai, visai grandinei). Be to, jis sudarė taisykles, leidžiančias nustatyti, kas pasikeis, jei paimsite kitokio dydžio laidą. Omo dėsnis suformuluotas taip: srovės stipris grandinės atkarpoje yra tiesiogiai proporcingas šios atkarpos įtampai ir atvirkščiai proporcingas atkarpos varžai.

Džaulio-Lenco dėsnis. Elektros srovė bet kurioje grandinės dalyje atlieka tam tikrą darbą. Pavyzdžiui, paimkime bet kurią grandinės atkarpą, tarp kurios galų yra įtampa (U). Pagal elektros įtampos apibrėžimą, darbas, atliktas perkeliant krūvio vienetą tarp dviejų taškų, yra lygus U. Jei srovės stipris tam tikroje grandinės atkarpoje yra lygus i, tai per laiką t krūvis praeis, ir todėl elektros srovės darbas šiame skyriuje bus:

A = Uit

Ši išraiška bet kuriuo atveju galioja nuolatinei srovei, bet kokiai grandinės atkarpai, kurioje gali būti laidininkai, elektros varikliai ir kt. Srovės galia, ty darbas per laiko vienetą, yra lygi:

P = A/t = Ui

Ši formulė SI sistemoje naudojama įtampos vienetui nustatyti.

Tarkime, kad grandinės atkarpa yra stacionarus laidininkas. Tokiu atveju visas darbas pavirs šiluma, kuri išsiskirs šiame laidininke. Jei laidininkas yra vienalytis ir atitinka Ohmo dėsnį (tai apima visus metalus ir elektrolitus), tada:

U = ir

kur r yra laidininko varža. Šiuo atveju:

A = rt2i

Šį dėsnį pirmasis eksperimentiškai išvedė E. Lenzas ir, nepriklausomai nuo jo, Džaulis.

Reikėtų pažymėti, kad šildymo laidai turi daugybę technologijų. Tarp jų labiausiai paplitusios ir svarbiausios yra kaitrinės apšvietimo lempos.

Elektromagnetinės indukcijos dėsnis. XIX amžiaus pirmoje pusėje anglų fizikas M. Faradėjus atrado magnetinės indukcijos reiškinį. Šis faktas, tapęs daugelio tyrinėtojų nuosavybe, davė galingą impulsą elektros ir radijo inžinerijos plėtrai.

Eksperimentų metu Faradėjus išsiaiškino, kad pasikeitus magnetinės indukcijos linijų, prasiskverbiančių į paviršių, apribotą uždara kilpa, skaičiui, jame atsiranda elektros srovė. Tai yra bene svarbiausio fizikos dėsnio – elektromagnetinės indukcijos dėsnio – pagrindas. Srovė, kuri atsiranda grandinėje, vadinama indukcija. Dėl to, kad elektros srovė grandinėje atsiranda tik tada, kai laisvieji krūviai yra veikiami išorinių jėgų, tada kintant magnetiniam srautui, einantis palei uždaros grandinės paviršių, joje atsiranda tos pačios išorinės jėgos. Išorinių jėgų veikimas fizikoje vadinamas elektrovaros jėga arba indukuota emf.

Elektromagnetinė indukcija atsiranda ir atviruose laiduose. Tuo atveju, kai laidininkas kerta magnetinį elektros linijos, jo galuose kyla įtampa. Tokios įtampos atsiradimo priežastis yra indukuota emf. Jei magnetinis srautas, einantis per uždarą kilpą, nesikeičia, indukuota srovė neatsiranda.

Naudodamiesi „indukcijos emf“ sąvoka, galime kalbėti apie elektromagnetinės indukcijos dėsnį, t.

Lenzo taisyklė. Kaip jau žinome, laidininke atsiranda indukuota srovė. Priklausomai nuo jo išvaizdos sąlygų, jis turi skirtingą kryptį. Ta proga rusų fizikas Lencas suformulavo kita taisyklė: uždaroje grandinėje kylanti indukuota srovė visada turi tokią kryptį, kad jos sukuriamas magnetinis laukas neleidžia keistis magnetiniam srautui. Visa tai sukelia indukcinės srovės atsiradimą.

Indukcinė srovė, kaip ir bet kuri kita, turi energiją. Tai reiškia, kad esant indukcijos srovei atsiranda elektros energija. Pagal energijos tvermės ir transformacijos dėsnį, minėta energija gali atsirasti tik dėl kokios nors kitos energijos rūšies energijos kiekio. Taigi Lenco taisyklė visiškai atitinka energijos tvermės ir transformacijos dėsnį.

Be indukcijos, ritėje gali atsirasti vadinamoji saviindukcija. Jo esmė yra tokia. Jei ritėje atsiranda srovė arba pasikeičia jos stiprumas, atsiranda kintantis magnetinis laukas. O jei keičiasi magnetinis srautas, einantis per ritę, tai joje atsiranda elektrovaros jėga, kuri vadinama Savęs sukeltas emf.

Pagal Lenco taisyklę savaime indukcinis emf uždarant grandinę trukdo srovės stiprumui ir neleidžia jai didėti. Kai grandinė išjungiama, savaime indukcinis emf sumažina srovės stiprumą. Tuo atveju, kai srovės stipris ritėje pasiekia tam tikrą vertę, magnetinis laukas nustoja keistis ir saviindukcijos emf tampa lygus nuliui.

Dalelių, elektros krūvininkų kryptingas (tvarkingas) judėjimas elektromagnetiniame lauke.

Kas yra elektros srovė skirtingos medžiagos? Atitinkamai paimkime judančias daleles:

• metaluose - elektronai,
• elektrolituose - jonai (katijonai ir anijonai),
• dujose - jonai ir elektronai,
• vakuume tam tikromis sąlygomis - elektronai,
• puslaidininkiuose - skylės (elektronų skylių laidumas).

Kartais elektros srovė dar vadinama poslinkio srove, kuri atsiranda laikui bėgant pasikeitus elektriniam laukui.

Elektros srovė pasireiškia taip:

• šildo laidininkus (superlaidininkuose reiškinys nepastebimas);
• keičia laidininko cheminę sudėtį (šis reiškinys visų pirma būdingas elektrolitams);
• sukuria magnetinį lauką (pasireiškia visuose be išimties laidininkuose).

Jei įkrautos dalelės juda makroskopiniuose kūnuose tam tikros terpės atžvilgiu, tada tokia srovė vadinama elektrine „laidumo srove“. Jei makroskopiniai įkrauti kūnai (pavyzdžiui, įkrauti lietaus lašai) juda, ši srovė vadinama „konvekcija“.

Srovės skirstomos į tiesiogines ir kintamąsias. Taip pat yra visų rūšių kintamosios srovės. Apibrėžiant srovės tipus, žodis „elektrinis“ praleidžiamas.

• D.C- srovė, kurios kryptis ir dydis laikui bėgant nekinta. Gali būti pulsuojantis, pavyzdžiui, ištaisytas kintamasis, kuris yra vienakryptis.
• AC- elektros srovė, kuri laikui bėgant kinta. Kintamoji srovė reiškia bet kokią srovę, kuri nėra tiesioginė.
• Periodinė srovė- elektros srovė, kurios momentinės vertės kartojasi reguliariais intervalais nepakitusia seka.
• Sinusoidinė srovė- periodinė elektros srovė, kuri yra sinusoidinė laiko funkcija. Tarp kintamųjų srovių pagrindinė yra srovė, kurios vertė kinta pagal sinusoidinį dėsnį. Bet kuri periodinė nesinusinė srovė gali būti pavaizduota kaip sinusinių harmonikų komponentų (harmonikų), turinčių atitinkamas amplitudes, dažnius ir pradines fazes, derinys. Tokiu atveju kiekvieno laidininko galo elektrostatinis potencialas keičiasi kito laidininko galo potencialo atžvilgiu pakaitomis iš teigiamo į neigiamą ir atvirkščiai, eidamas per visus tarpinius potencialus (įskaitant nulinį potencialą). Dėl to atsiranda srovė, kuri nuolat keičia kryptį: judant viena kryptimi ji didėja, pasiekdama maksimumą, vadinamą amplitudės reikšmę, tada mažėja, tam tikru momentu tampa lygi nuliui, tada vėl didėja, bet kita kryptimi. ir taip pat pasiekia maksimalią reikšmę , sumažėja ir vėl pereina per nulį, o po to atnaujinamas visų pakeitimų ciklas.
• Kvazistacionari srovė- santykinai lėtai kintama kintamoji srovė, kurios momentinėms vertėms nuolatinių srovių įstatymai yra pakankamai tiksliai patenkinti. Šie dėsniai yra Ohmo dėsnis, Kirchhoffo taisyklės ir kiti. Kvazistacionarioji srovė, kaip ir nuolatinė srovė, turi vienodą srovės stiprumą visose nešakotosios grandinės atkarpose. Skaičiuojant kvazistacionarios srovės grandines dėl atsirandančios e. d.s. talpos ir induktyvumo indukcija atsižvelgiama kaip į vienkartinius parametrus. Kvazistacionarūs yra įprasti pramoninės srovės, išskyrus sroves tolimojo perdavimo linijose, kuriose netenkinama beveik stacionarios būsenos sąlyga išilgai linijos.
• Aukšto dažnio srovė- kintamoji srovė (pradedant maždaug dešimčių kHz dažniu), kuriai reikšmingi tampa tokie reiškiniai, kurie yra naudingi, lemiantys jos panaudojimą arba žalingi, nuo kurių imamasi būtinų priemonių, pavyzdžiui, spinduliuotė elektromagnetines bangas ir odos poveikis. Be to, jei kintamos srovės spinduliuotės bangos ilgis tampa panašus į elektros grandinės elementų matmenis, tada pažeidžiama kvazistacionari sąlyga, todėl reikia specialių požiūrių į tokių grandinių skaičiavimą ir projektavimą.
• Pulsuojanti srovė yra periodinė elektros srovė, kurios vidutinė vertė per tam tikrą laikotarpį skiriasi nuo nulio.
• Vienakryptė srovė– Tai elektros srovė, kuri nekeičia savo krypties.

Sūkurinės srovės

Sūkurinės srovės (arba Foucault srovės) – tai uždaros elektros srovės masyviame laidininke, atsirandančios pasikeitus į jį prasiskverbiam magnetiniam srautui, todėl sūkurinės srovės indukcijos srovės. Kuo greičiau keičiasi magnetinis srautas, tuo stipresnės sūkurinės srovės. Sūkurinės srovės neteka tam tikrais laidų takais, o užsidariusios laidininke suformuoja į sūkurį panašias grandines.

Sūkurinių srovių buvimas lemia odos efektą, ty tai, kad kintamoji elektros srovė ir magnetinis srautas sklinda daugiausia paviršiniame laidininko sluoksnyje. Laidininkų kaitinimas sūkurinėmis srovėmis sukelia energijos nuostolius, ypač kintamosios srovės ritių šerdyje. Sūkurinių srovių sukeliamiems energijos nuostoliams sumažinti naudojamas kintamosios srovės magnetinių grandinių padalijimas į atskiras plokštes, izoliuotas viena nuo kitos ir išdėstytas statmenai sūkurinių srovių krypčiai, o tai apriboja galimus jų takų kontūrus ir labai sumažina jų dydžius. šios srovės. Esant labai dideliems dažniams, vietoj feromagnetų magnetinėms grandinėms naudojami magnetodielektrikai, kuriuose dėl labai didelio pasipriešinimo sūkurinės srovės praktiškai nekyla.

Charakteristikos

Istoriškai buvo priimta, kad """srovės kryptis""" sutampa su teigiamų krūvių judėjimo laidininke kryptimi. Be to, jei vieninteliai srovės nešėjai yra neigiamai įkrautos dalelės (pavyzdžiui, elektronai metale), tada srovės kryptis yra priešinga įkrautų dalelių judėjimo krypčiai.

Elektronų dreifo greitis

Išorinio lauko sukeliamo dalelių kryptinio judėjimo laidininkuose dreifo greitis priklauso nuo laidininko medžiagos, dalelių masės ir krūvio, aplinkos temperatūros, taikomo potencialų skirtumo ir yra daug mažesnis už šviesos greitį. Per 1 sekundę elektronai laidininke dėl tvarkingo judėjimo pasislenka mažiau nei 0,1 mm. Nepaisant to, pačios elektros srovės sklidimo greitis yra lygus šviesos greičiui (elektromagnetinių bangų fronto sklidimo greičiui). Tai yra vieta, kur elektronai keičia savo judėjimo greitį pasikeitus įtampai, juda sklidimo greičiu elektromagnetinės vibracijos.

Srovės stiprumas ir tankis

Elektros srovė turi kiekybines charakteristikas: skaliarinis – srovės stiprumas, o vektorius – srovės tankis.

Srovės stiprumas a yra fizinis dydis, lygus santykiui mokesčio suma

Praeis kurį laiką

per laidininko skerspjūvį iki šio laikotarpio vertės.

Srovės stiprumas SI matuojamas amperais (tarptautinis ir rusiškas žymėjimas: A).

Pagal Ohmo dėsnį srovės stiprumas

grandinės atkarpoje yra tiesiogiai proporcinga elektros įtampai

taikomas šiai grandinės atkarpai ir yra atvirkščiai proporcingas jo varžai

Jei elektros srovė grandinės atkarpoje nėra pastovi, tada įtampa ir srovė nuolat kinta, o įprastos kintamos srovės vidutinės įtampos ir srovės vertės yra lygios nuliui. Tačiau vidutinė išsiskiriančios šilumos galia šiuo atveju nėra lygi nuliui.

Todėl vartojamos šios sąvokos:

• momentinė įtampa ir srovė, tai yra veikianti šiuo metu laiko.
• amplitudės įtampa ir srovė, tai yra didžiausios absoliučios vertės
• efektyvią (efektyviąją) įtampą ir srovę lemia srovės šiluminis poveikis, tai yra, jie turi tokias pačias vertes, kaip ir nuolatinei srovei su tuo pačiu šiluminiu efektu.

Srovės tankis- vektorius, kurio absoliuti vertė yra lygi srovės, tekančios per tam tikrą laidininko skerspjūvį, santykiui, statmenai krypčiai srovė, į šios sekcijos plotą, o vektoriaus kryptis sutampa su srovę formuojančių teigiamų krūvių judėjimo kryptimi.

Pagal Ohmo dėsnį diferencinė forma srovės tankis terpėje

proporcingas elektrinio lauko stiprumui

ir vidutinis laidumas

Galia

Kai laidininke yra srovė, dirbama prieš pasipriešinimo jėgas. Bet kurio laidininko elektrinė varža susideda iš dviejų komponentų:

• aktyvus atsparumas - atsparumas šilumos susidarymui;
• reaktyvumas – varža, kurią sukelia energijos perdavimas į elektrinį ar magnetinį lauką (ir atvirkščiai).

Paprastai didžioji dalis elektros srovės atliekamo darbo išsiskiria kaip šiluma. Šilumos nuostolių galia yra vertė, lygi šilumos kiekiui, išsiskiriančiam per laiko vienetą. Pagal Džaulio-Lenco dėsnį šilumos nuostolių laidininke galia yra proporcinga tekančios srovės stiprumui ir taikomai įtampai:

Galia matuojama vatais.

IN kontinuumas tūrinio nuostolio galia

nustatomas pagal srovės tankio vektoriaus skaliarinę sandaugą

ir elektrinio lauko stiprumo vektorius

šiuo metu:

Tūrinė galia matuojama vatais kubiniam metrui.

Atsparumas spinduliuotei atsiranda dėl elektromagnetinių bangų susidarymo aplink laidininką. Ši varža kompleksiškai priklauso nuo laidininko formos ir dydžio bei nuo skleidžiamos bangos ilgio. Vienam tiesiam laidininkui, kuriame visur srovė yra vienodos krypties ir stiprumo, o ilgis L yra žymiai mažesnis už jo skleidžiamos elektromagnetinės bangos ilgį

Atsparumo priklausomybė nuo bangos ilgio ir laidininko yra gana paprasta:

Dažniausiai naudojama elektros srovė, kurios standartinis dažnis yra 50 „Hz“, atitinka maždaug 6 tūkstančių kilometrų bangos ilgį, todėl spinduliuotės galia paprastai yra nereikšminga, palyginti su šiluminių nuostolių galia. Tačiau didėjant srovės dažniui, skleidžiamos bangos ilgis mažėja, o spinduliavimo galia atitinkamai didėja. Laidininkas, galintis skleisti pastebimą energiją, vadinamas antena.

Dažnis

Dažnio sąvoka reiškia kintamąją srovę, kuri periodiškai keičia stiprumą ir (arba) kryptį. Tai taip pat apima dažniausiai naudojamą srovę, kuri kinta pagal sinusoidinį dėsnį.

Kintamosios srovės periodas yra trumpiausias laiko tarpas (išreikštas sekundėmis), per kurį kartojasi srovės (ir įtampos) pokyčiai. Periodų, kuriuos atlieka srovė per laiko vienetą, skaičius vadinamas dažniu. Dažnis matuojamas hercais, vienas hercas (Hz) lygus vienam ciklui per sekundę.

Poslinkio srovė

Kartais patogumo dėlei įvedama poslinkio srovės sąvoka. Maksvelo lygtyse poslinkio srovė yra esant lygias teises su srove, kurią sukelia krūvių judėjimas. Magnetinio lauko intensyvumas priklauso nuo bendros elektros srovės, lygus sumai laidumo srovė ir poslinkio srovė. Pagal apibrėžimą poslinkio srovės tankis

vektorių kiekis, proporcingas greičiui elektrinio lauko pokyčiai

laiku:

Faktas yra tas, kad keičiantis elektriniam laukui, taip pat tekant srovei, susidaro magnetinis laukas, dėl kurio šie du procesai yra panašūs vienas į kitą. Be to, elektrinio lauko pasikeitimą dažniausiai lydi energijos perdavimas. Pavyzdžiui, įkraunant ir iškraunant kondensatorių, nepaisant to, kad tarp jo plokščių nėra įkrautų dalelių judėjimo, jie kalba apie per jį tekančią poslinkio srovę, perduodančią dalį energijos ir unikaliu būdu uždarančią elektros grandinę. Poslinkio srovė

kondensatoriuje nustatoma pagal formulę:

Įkrovimas ant kondensatoriaus plokščių

Elektros įtampa tarp plokščių,

Kondensatoriaus elektrinė talpa.

Poslinkio srovė nėra elektros srovė, nes ji nesusijusi su elektros krūvio judėjimu.

Pagrindiniai laidininkų tipai

Skirtingai nei dielektrikuose, laidininkuose yra laisvųjų nekompensuotų krūvių nešėjų, kurie, veikiami jėgos, dažniausiai elektrinio potencialo skirtumo, juda ir sukuria elektros srovę. Srovės-įtampos charakteristika (srovės priklausomybė nuo įtampos) yra svarbiausia laidininko charakteristika. Jis turi metaliniams laidininkams ir elektrolitams paprasčiausia forma: Srovė yra tiesiogiai proporcinga įtampai (Omo dėsnis).

Metalai – čia srovės nešėjai yra laidumo elektronai, kurie paprastai laikomi elektronų dujomis, aiškiai pasireiškiantys kvantines savybes išsigimusios dujos.

Plazma yra jonizuotos dujos. Elektros krūvį perduoda jonai (teigiami ir neigiami) ir laisvieji elektronai, kurie susidaro veikiant spinduliuotei (ultravioletinė, rentgeno ir kt.) ir (ar) kaitinant.

Elektrolitai yra skystos arba kietos medžiagos ir sistemos, kuriose jonų yra bet kokia pastebima koncentracija, sukelianti elektros srovės pratekėjimą. Proceso metu susidaro jonai elektrolitinė disociacija. Kaitinant, elektrolitų varža mažėja, nes daugėja molekulių, suskaidytų į jonus. Dėl srovės pratekėjimo per elektrolitą jonai artėja prie elektrodų ir yra neutralizuojami, nusėda ant jų. Faradėjaus elektrolizės dėsniai lemia ant elektrodų išsiskiriančios medžiagos masę.

Taip pat vakuume yra elektronų elektros srovė, kuri naudojama elektronų pluošto įrenginiuose.

Elektros srovės gamtoje

Atmosferos elektra yra elektra, esanti ore. Benjaminas Franklinas pirmasis parodė elektros buvimą ore ir paaiškino griaustinio bei žaibo priežastis.

Vėliau buvo nustatyta, kad elektra kaupiasi garų kondensacijoje viršutiniai sluoksniai atmosferą, o šie dėsniai teigia, kad atmosferos elektros energija yra tokia:

• giedrame, taip pat debesuotame danguje atmosferos elektra visada yra teigiama, nebent lyja, kruša ar sniegas tam tikru atstumu nuo stebėjimo vietos;
• elektros įtampa iš debesų tampa pakankamai stipri, kad ją išlaisvintų aplinką tik tada, kai debesų garai kondensuojasi į lietaus lašus, o tai gali būti faktas, kad žaibo išlydžiai nevyksta be lietaus, sniego ar krušos stebėjimo vietoje, išskyrus grįžtamąjį žaibo smūgį;
• atmosferos elektra didėja didėjant drėgmei ir pasiekia maksimumą lyjant lietui, krušai ir sniegui;
• vieta, kur lyja, yra teigiamos elektros rezervuaras, apsuptas neigiamo diržo, kuris savo ruožtu yra uždengtas teigiamo diržo. Šių juostų ribose įtempis lygus nuliui.

Jonams judant veikiant elektrinio lauko jėgoms, atmosferoje susidaro vertikalaus laidumo srovė, kurios vidutinis tankis yra apie (2÷3) 10 −12 A/m².

Bendra per visą Žemės paviršių tekanti srovė yra maždaug 1800 A.

Žaibas yra natūrali kibirkščiuojanti elektros iškrova. Buvo įdiegta elektrinis pobūdis poliarinės šviesos. Šv. Elmo ugnis – tai natūralus vainikinis elektros išlydis.

Biosrovės – jonų ir elektronų judėjimas atlieka labai reikšmingą vaidmenį visuose gyvybės procesuose. Šiuo atveju sukurtas biopotencialas egzistuoja tiek tarpląsteliniame lygmenyje, tiek viduje atskiros dalys kūnas ir organai. Nerviniai impulsai perduodami naudojant elektrocheminius signalus. Kai kurie gyvūnai (elektriniai erškėčiai, elektriniai unguriai) sugeba sukaupti kelių šimtų voltų potencialą ir tai naudoja savigynai.

Taikymas

Tiriant elektros srovę, buvo atrasta daug jos savybių, kurios leido rasti praktinį pritaikymą įvairiose srityse žmogaus veikla, ir netgi sukurti naujas sritis, kurios nebūtų įmanomos be elektros srovės. Po to, kai elektros srovė rado praktinį pritaikymą, ir dėl to, kad galima gauti elektros srovę įvairiais būdais, pramonės sektoriuje atsirado nauja koncepcija – elektros energija.

Elektros srovė naudojama kaip įvairaus sudėtingumo ir tipų signalų nešiklis skirtingos sritys(telefonas, radijas, nuotolinio valdymo pultas, durų užrakto mygtukas ir kt.).

Kai kuriais atvejais atsiranda nepageidaujamų elektros srovių, pvz., klaidinančios srovės arba trumpojo jungimo srovės.

Elektros srovės kaip energijos nešiklio naudojimas

• gavimo mechaninė energija visų rūšių elektros varikliuose,
• šilumos energijos gavimas šildymo įrenginiuose, elektrinėse krosnyse, elektrinio suvirinimo metu,
• šviesos energijos gavimas apšvietimo ir signalizacijos įrenginiuose,
• aukšto dažnio elektromagnetinių virpesių sužadinimas, itin aukštas dažnis ir radijo bangos,
• priimti garsą,
• įvairių medžiagų gavimas elektrolizės būdu, įkraunant elektros baterijas. Čia elektromagnetinė energija paverčiama chemine energija,
• sukuriant magnetinį lauką (elektromagnetuose).

Elektros srovės naudojimas medicinoje

• diagnostika – sveikų ir sergančių organų biosrovės skiriasi, galima nustatyti ligą, jos priežastis ir paskirti gydymą. Fiziologijos šaka, tirianti elektrinius reiškinius organizme, vadinama elektrofiziologija.
  • Elektroencefalografija – tyrimo metodas funkcinė būklė smegenys.
  • Elektrokardiografija yra elektrinių laukų registravimo ir tyrimo metodas širdies veiklos metu.
  • Elektrogastrografija yra skrandžio motorinės veiklos tyrimo metodas.
  • Elektromiografija yra bioelektrinio potencialo, atsirandančio skeleto raumenyse, tyrimo metodas.
• Gydymas ir gaivinimas: tam tikrų smegenų sričių elektrinis stimuliavimas; Parkinsono ligai ir epilepsijai gydyti, taip pat elektroforezei. Širdies stimuliatorius, stimuliuojantis širdies raumenį impulsinė srovė, vartojamas nuo bradikardijos ir kitų širdies aritmijų.

Elektros sauga

Apima teisines, socialines ir ekonomines, organizacines ir technines, sanitarines ir higienos, gydymo ir profilaktikos, reabilitacijos ir kitas priemones. Elektros saugos taisykles reglamentuoja teisiniai ir techniniai dokumentai, norminė ir techninė bazė. Elektros instaliacijos ir elektros įrenginius aptarnaujančiam personalui privalomos elektros saugos pagrindų žinios. Žmogaus kūnas yra elektros srovės laidininkas. Žmogaus atsparumas sausai ir nepažeistai odai svyruoja nuo 3 iki 100 kOhm.

Srovė, praeinanti per žmogaus ar gyvūno kūną, sukelia šiuos efektus:

• terminis (nudegimai, kaitinimas ir kraujagyslių pažeidimai);
• elektrolitinis (kraujo skilimas, fizinės ir cheminės sudėties pažeidimas);
• biologinis (kūno audinių dirginimas ir sužadinimas, traukuliai)
• mechaninis (kraujagyslių plyšimas veikiant garų slėgiui, gautam kaitinant kraujo tekėjimu)

Pagrindinis veiksnys, lemiantis elektros smūgio baigtį, yra srovės, praeinančios per žmogaus kūną, kiekis. Atsižvelgiant į saugos priemones, elektros srovė skirstoma į:

• „saugi“ laikoma srovė, kurios ilgalaikis pratekėjimas per žmogaus kūną nedaro jam žalos ir nesukelia jokių pojūčių, jos vertė neviršija 50 μA (kintamoji srovė 50 Hz) ir 100 μA nuolatinės srovės;
• „Mažiausia juntama“ kintamoji srovė žmogui yra apie 0,6–1,5 mA (50 Hz kintamoji srovė) ir 5–7 mA nuolatinė srovė;
• slenkstis „neatsileidžia“ – tai minimali tokio stiprumo srovė, kad žmogus nebegali valios jėga atplėšti rankų nuo srovę nešančios dalies. Kintamajai srovei tai yra apie 10-15 mA, nuolatinei srovei - 50-80 mA;
• „Fibriliacijos slenkstis“ yra maždaug 100 mA kintamoji srovė (50 Hz) ir 300 mA nuolatinė srovė, kurios poveikis ilgiau nei 0,5 s gali sukelti širdies raumenų virpėjimą. Ši riba taip pat laikoma sąlyginai mirtina žmonėms.

Rusijoje, vadovaujantis Vartotojų elektros įrenginių techninio eksploatavimo taisyklėmis (Rusijos Federacijos energetikos ministerijos 2003 m. sausio 13 d. įsakymas Nr. 6 „Dėl Lietuvos Respublikos elektros įrenginių techninio eksploatavimo taisyklių patvirtinimo). vartotojai“ ir Darbo apsaugos eksploatuojant elektros įrenginius taisyklėmis (Rusijos Federacijos energetikos ministerijos 2000 m. gruodžio 27 d. įsakymas N 163 „Dėl Tarptautinių darbo apsaugos taisyklių (saugos taisyklių) patvirtinimo Elektros instaliacijos“), buvo nustatytos 5 kvalifikacinės elektros saugos grupės, atsižvelgiant į darbuotojo kvalifikaciją ir patirtį bei elektros instaliacijos įtampą.

Pastabos

• Baumgart K.K., Elektros srovė.
• A.S. Kasatkinas. Elektrotechnika.
• PIETUS. Sindejevas. Elektrotechnika su elektroniniais elementais.

Elektros srovė yra sutvarkytas neigiamą krūvį turinčių elementariųjų dalelių – elektronų – srautas. Elektros srovė būtini namams ir gatvėms apšviesti, buitinės ir pramonės įrangos funkcionalumui užtikrinti, miesto ir magistralinio elektros transporto judėjimui ir kt.

Elektros srovė

• R n – atsparumas apkrovai
• A – indikatorius
• K – grandinės jungiklis

Dabartinė– krūvių, praeinančių per laiko vienetą per laidininko skerspjūvį, skaičius.

• Aš – srovės stiprumas
• q – elektros energijos kiekis
• t – laikas

Srovės vienetas vadinamas amperu A, pavadintas prancūzų mokslininko vardu Amperas.

1A = 10 3 mA = 10 6 µA

Elektros srovės tankis

Elektros srovė būdingas daugeliui fizinių savybių, kurių kiekybinės vertės išreiškiamos tam tikrais vienetais. Pagrindinis fizines savybes Elektros srovė yra jos stiprumas ir galia. Srovės stiprumas Jis kiekybiškai išreiškiamas amperais, o srovės galia išreiškiama vatais. Ne mažiau svarbus fizikinis dydis yra elektros srovės charakteristikos vektorius arba srovės tankis. Konkrečiai, srovės tankio sąvoka naudojama projektuojant elektros linijas.

• J – elektros srovės tankis A / MM 2
• S – skerspjūvio plotas
• Aš – dabartinė

Nuolatinė ir kintamoji srovė

Visi elektros prietaisai maitinami nuolatinis arba kintamoji srovė.

Elektros srovė, kurio kryptis ir reikšmė nekinta, vadinama nuolatinis.

Elektros srovė, kurios kryptis ir reikšmė gali keistis vadinama kintamieji.

Atliekamas daugelio elektros prietaisų maitinimas kintamoji srovė, kurio pokytis grafiškai pavaizduotas kaip sinusoidas.

Elektros srovės naudojimas

Galima drąsiai teigti, kad didžiausias žmonijos laimėjimas yra atradimas elektros srovė ir jo naudojimas. Iš elektros srovė priklauso nuo šilumos ir šviesos namuose, informacijos srauto iš išorinio pasaulio, skirtingose ​​planetos vietose esančių žmonių bendravimo ir daug daugiau.

Šiuolaikinis gyvenimas neįsivaizduojamas be plačiai paplitusios elektros energijos. Elektra yra absoliučiai visose žmogaus veiklos sferose: pramonėje ir žemės ūkyje, moksle ir kosmose.

Elektra taip pat yra nuolatinis komponentas kasdienybė asmuo. Toks plačiai paplitęs elektros paskirstymas buvo įmanomas dėl unikalių jos savybių. Elektros energija gali būti nedelsiant perduodama į didžiuliai atstumai ir transformuotis į įvairių rūšių skirtingos genezės energijas.

Pagrindiniai vartotojai elektros energija yra pramonės ir gamybos sektoriai. Elektros pagalba įjungiami įvairūs mechanizmai, įrenginiai, vykdomi kelių etapų technologiniai procesai.

Neįmanoma pervertinti elektros vaidmens užtikrinant transporto veiklą. Geležinkelio transportas beveik visiškai elektrifikuotas. Geležinkelių transporto elektrifikavimas suvaidino didelį vaidmenį užtikrinant kelių pralaidumą, didinant važiavimo greitį, mažinant keleivių vežimo išlaidas, sprendžiant degalų taupymo problemą.

Elektros tiekimas yra būtina sąlyga norint užtikrinti patogias žmonių gyvenimo sąlygas. Visa buitinė technika: televizoriai, skalbimo mašinos, mikrobangų krosnelės, šildymo prietaisai – savo vietą žmogaus gyvenime rado tik dėl elektros gamybos plėtros.

Pagrindinis elektros vaidmuo civilizacijos raidoje yra neabejotinas. Žmonijos gyvenime nėra tokios srities, kuri galėtų apsieiti be elektros energijos vartojimo ir kurios alternatyva galėtų būti raumenų jėga.

Įkrautų dalelių kryptingas judėjimas elektriniame lauke.

Įkrautos dalelės gali būti elektronai arba jonai (įkrauti atomai).

Atomas, praradęs vieną ar daugiau elektronų, įgyja teigiamas krūvis. - Anijonas (teigiamas jonas).
Atomas, įgijęs vieną ar daugiau elektronų, įgyja neigiamą krūvį. - Katijonas (neigiamas jonas).
Jonai laikomi judriomis įkrautomis dalelėmis skysčiuose ir dujose.

Metaluose krūvininkai yra laisvieji elektronai, kaip ir neigiamo krūvio dalelės.

Puslaidininkiuose mes laikome neigiamo krūvio elektronų judėjimą (judėjimą) iš vieno atomo į kitą ir dėl to judėjimą tarp susidarančių teigiamai įkrautų laisvų vietų - skylių - atomų.

Už elektros srovės kryptis sutartinai priimta teigiamų krūvių judėjimo kryptis. Ši taisyklė buvo nustatyta gerokai prieš elektrono tyrimą ir išlieka teisinga iki šiol. Elektrinio lauko stipris taip pat nustatomas esant teigiamam bandymo krūviui.

Už bet kokį vieną mokestį q intensyvumo elektriniame lauke E jėgos veiksmai F = qE, kuris perkelia krūvį šios jėgos vektoriaus kryptimi.

Paveikslėlyje parodyta, kad jėgos vektorius F - = -qE, veikiantis neigiamu krūviu -q, yra nukreiptas priešinga lauko stiprumo vektoriui kryptimi, kaip vektoriaus sandauga E iki neigiamos vertės. Vadinasi, neigiamo krūvio elektronai, kurie yra metalinių laidininkų krūvininkai, iš tikrųjų turi judėjimo kryptį, priešingą lauko stiprumo vektoriui ir visuotinai priimtai elektros srovės krypčiai.

Mokesčio suma K= 1 Kulonas per laido skerspjūvį judėjo laiku t= 1 sekundė, nustatoma pagal dabartinę vertę aš= 1 amperas nuo santykio:

I = Q/t.

Dabartinis santykis aš= 1 amperas laidyje iki jo skerspjūvio ploto S= 1 m 2 lems srovės tankį j= 1 A/m2:

Darbas A= 1 džaulis, išleistas transportuojant įkrovą K= 1 kulonas nuo 1 taško iki taško 2 nustatys elektros įtampos vertę U= 1 voltas, kaip potencialų skirtumas φ 1 ir φ 2 tarp šių skaičiavimo taškų:

U = A/Q = φ 1 - φ 2

Elektros srovė gali būti tiesioginė arba kintamoji.

Nuolatinė srovė – elektros srovė, kurios kryptis ir dydis laikui bėgant nekinta.

Kintamoji srovė yra elektros srovė, kurios stiprumas ir kryptis laikui bėgant kinta.

Dar 1826 metais vokiečių fizikas Georgas Ohmas atrado svarbų elektros dėsnį, kuris nustato kiekybinį elektros srovės ir laidininko savybių ryšį, apibūdinantį jų gebėjimą atlaikyti elektros srovę.
Vėliau šios savybės buvo pradėtos vadinti elektrine varža, pažymėta raide R ir matuojamas Omais atradėjo garbei.
Omo dėsnis šiuolaikiniu aiškinimu, naudojant klasikinį U/R santykį, nustato elektros srovės kiekį laidininke pagal įtampą Ušio laidininko galuose ir jo varža R:

Elektros srovė laidininkuose

Laidininkuose yra laisvųjų krūvininkų, kurie, veikiami elektrinio lauko, juda ir sukuria elektros srovę.

Metaliniuose laidininkuose krūvininkai yra laisvieji elektronai.
Kylant temperatūrai chaotiškas terminis atomų judėjimas trikdo kryptingą elektronų judėjimą ir didėja laidininko varža.
Atvėsus ir temperatūrai artėjant prie absoliutaus nulio, kai šiluminis judėjimas sustoja, metalo varža linkusi į nulį.

Elektros srovė skysčiuose (elektrolituose) egzistuoja kaip kryptingas įkrautų atomų (jonų), susidarančių elektrolitinės disociacijos procese, judėjimas.
Jonai juda link priešingo ženklo elektrodų ir yra neutralizuojami, nusėda ant jų. - Elektrolizė.
Anijonai yra teigiami jonai. Jie pereina prie neigiamo elektrodo – katodo.
Katijonai yra neigiami jonai. Jie pereina prie teigiamo elektrodo – anodo.
Faradėjaus elektrolizės dėsniai lemia ant elektrodų išsiskiriančios medžiagos masę.
Kaitinant, elektrolito varža mažėja, nes daugėja molekulių, suskaidytų į jonus.

Elektros srovė dujose – plazma. Elektrinį krūvį neša teigiami arba neigiami jonai ir laisvieji elektronai, kurie susidaro veikiant spinduliuotei.

Vakuume yra elektros srovė kaip elektronų srautas nuo katodo iki anodo. Naudojamas elektronų pluošto įrenginiuose – lempose.

Elektros srovė puslaidininkiuose

Puslaidininkiai užima tarpinė padėtis tarp laidininkų ir dielektrikų pagal jų varžą.
Reikšmingu skirtumu tarp puslaidininkių ir metalų galima laikyti jų priklausomybę varža ant temperatūros.
Temperatūrai mažėjant metalų varža mažėja, o puslaidininkių atvirkščiai – didėja.
Temperatūrai artėjant prie absoliutaus nulio, metalai linkę tapti superlaidininkais, o puslaidininkiai – izoliatoriais.
Esmė ta, kad kada absoliutus nulis puslaidininkiuose esantys elektronai bus užsiėmę, kurdami kovalentinius ryšius tarp atomų kristalinė gardelė ir idealiu atveju laisvųjų elektronų nebus.
Kylant temperatūrai, kai kurie valentiniai elektronai gali gauti energijos, kurios pakaktų lūžti kovalentiniai ryšiai ir kristale atsiras laisvieji elektronai, o lūžio taškuose susiformuos laisvos vietos, kurios vadinamos skylėmis.
Laisvą vietą gali užimti valentinis elektronas iš kaimyninės poros ir skylė persikels į naują kristalo vietą.
Kai laisvas elektronas susitinka su skyle, elektroninis ryšys tarp puslaidininkio atomų atsistato ir vyksta atvirkštinis procesas – rekombinacija.
Elektronų skylių poros gali atsirasti ir rekombinuoti apšviečiant puslaidininkį dėl elektromagnetinės spinduliuotės energijos.
Jei nėra elektrinio lauko, chaotiškame šiluminiame judėjime dalyvauja elektronai ir skylės.
Elektriniame lauke tvarkingai juda ne tik susidarę laisvieji elektronai, bet ir skylės, kurios laikomos teigiamai įkrautomis dalelėmis. Dabartinė aš puslaidininkyje jis susideda iš elektronų aš n ir skylė Ip srovės

Puslaidininkiams priskiriami cheminiai elementai, tokie kaip germanis, silicis, selenas, telūras, arsenas ir kt. Gamtoje labiausiai paplitęs puslaidininkis yra silicis.

Komentarai ir pasiūlymai priimami ir laukiami!

ELEKTROS SROVĖS

pakeisti nuo 2013-10-22 - ( )

Viena materijos savybė, kurią norėtųsi apibūdinti, kyla iš materijos ir subatominės dalelės – elektrono – sąveikos. Ši savybė suprantama kaip elektros srovė. Nors šis aprašymas kardinaliai skiriasi nuo šiuolaikinis supratimas, kas yra elektronas ir kokį vaidmenį jis atlieka elektros srovėje, tiesą sakant, pačią sąvoką galima suprasti perskaičius tik šį straipsnį. Norint geriau suprasti pateiktą medžiagą, rekomenduojama perskaityti pirmąjį Dewey B. Larson knygos tomą. "Fizinės visatos struktūra", o šio straipsnio pagrindas paimtas iš antrojo tos pačios serijos tomo. Todėl, jei paimsite antrąjį tomą, šią medžiagą rasite ten, bet išplėstine forma, o tai apsunkina jos supratimą. Šis straipsnis skirtas suteikti bendrą supratimą apie elektros srovės esmę, o kai suvoksite esmę, suprasite detales.

Taigi, Larsonas suprato, kad Visata nėra tik materijos erdvės ir laiko struktūra, kaip paprastai manoma tradiciniame moksle. Jis atrado, kad Visata yra judėjimas, kuriame erdvė ir laikas yra tiesiog du tarpusavyje susiję ir neegzistuojantys judėjimo aspektai ir neturi kitos prasmės. Visata, kurioje mes gyvename, yra ne materijos, o judėjimo visata, visata, kurioje pagrindinė tikrovė yra judėjimas, o visos fizinės realybės ir reiškiniai, įskaitant materiją, yra tiesiog judėjimo apraiškos, egzistuojančios trijose dimensijose. atskiruose vienetuose ir su dviem tarpusavyje susijusiais aspektais – erdve ir laiku. Erdvė vadinama materialiuoju sektoriumi, laikas – kosminiu sektoriumi. Patys judesiai ir jų deriniai gali egzistuoti tiek erdvėje (teigiamas poslinkis), tiek laike (neigiamas poslinkis) arba vienu metu abiejuose, būdami vienmačiai, dvimačiai ar trimačiai. Be to, vienmačius judesius galima koreliuoti su elektriniais reiškiniais, dvimačius – su magnetiniais, o trimačius – su gravitacija. Remiantis tuo, atomas yra tiesiog judesių derinys. Spinduliuotė yra judėjimas, gravitacija yra judėjimas, elektros krūvis yra judėjimas ir t.t.

Jei nieko nesupranti, pirma perskaityk.

Kaip teigiama 1 tome, elektronas yra unikali dalelė. Tai vienintelė dalelė, sukurta medžiagos sukimosi pagrindu, turinti efektyvų neigiamą sukimosi poslinkį. Daugiau nei vienas neigiamo sukimosi vienetas viršytų vieną teigiamą pagrindinio sukimosi vienetą ir sukeltų neigiama vertė viso sukimosi. Tačiau elektronui gautas bendras sukinys yra teigiamas, nors jame yra vienas teigiamas ir vienas neigiamas vienetas, nes teigiamas vienetas yra dvimatis, o neigiamas – vienmatis.

Taigi iš esmės elektronas yra tik besisukantis erdvės vienetas. Šią koncepciją daugumai žmonių yra gana sunku suprasti pirmą kartą su ja susidūrus, nes ji prieštarauja idėjai apie erdvės prigimtį, kurią įgijome ilgai, bet nekritiškai tyrinėdami aplinką. Tačiau mokslo istorijoje gausu pavyzdžių, kai pažįstamas ir gana unikalus reiškinys yra tiesiog vienas bendros klasės narys, kurio visi nariai turi tą pačią fizinę reikšmę. Geras pavyzdys– energija. Tyrinėtojams, kurie viduramžiais padėjo šiuolaikinio mokslo pamatus, judančių kūnų savybė išlikti dėl judėjimo buvo vadinama „varomąja jėga“; Mums „kinetinė energija“ yra unikali. Idėja, kad dėl savo cheminės sudėties stacionarioje medinėje lazdoje yra „varomosios jėgos“ atitikmuo, daugumai šiandieninių žmonių buvo svetima, kaip ir besisukančio erdvės vieneto samprata. Tačiau atradimas, kad kinetinė energija yra tik viena iš energijos formų apskritai, atvėrė duris reikšmingai fizinio supratimo pažangai. Taip pat atradimas, kad mūsų kasdienės patirties „erdvė“, išplėstinė erdvė, kaip ji vadinama Larsono darbuose, yra tik vienas visos erdvės apraiškų, atveria duris suprasti daugelį fizinės visatos aspektų, įskaitant reiškinius, susijusius su elektronų judėjimas materijoje.

Judesio visatoje – visatoje, kurios detales mes kuriame – erdvė į fizikinius reiškinius patenka tik kaip judėjimo sudedamoji dalis. Ir daugeliu atvejų specifinis erdvės pobūdis nėra svarbus, kaip ir konkreti energijos rūšis, kuri patenka į fizinį procesą, paprastai nėra svarbi proceso rezultatui. Taigi elektrono, kaip besisukančio erdvės vieneto, statusas jį suteikia ypatingas vaidmuo fizinėje visatos veikloje. Dabar reikėtų pažymėti, kad mūsų aptariamas elektronas neturi jokio krūvio. Elektronas yra dviejų judesių derinys: pagrindinė vibracija ir vibruojančio bloko sukimasis. Kaip pamatysime vėliau, elektros krūvis yra papildomas judesys, kurį galima uždėti dviejų komponentų derinyje. Įkrautų elektronų elgsena bus atsižvelgta atlikus parengiamąjį darbą. Dabar esame susirūpinę neįkrautų elektronų.

Kaip erdvės vienetas, neįkrautas elektronas negali judėti tęstinėje erdvėje, nes erdvės ir erdvės santykis nesudaro judėjimo (iš Larsono postulatų). Tačiau tam tikromis sąlygomis ji gali judėti įprastoje materijoje, nes materija yra judesių derinys su galutiniu, teigiamu ar laikinu poslinkiu ir erdvės santykis su laiku sudaro judėjimą. Šiuolaikinis elektronų judėjimo kietoje medžiagoje požiūris yra toks, kad jie juda erdvėse tarp atomų. Tada atsparumas elektronų srautui laikomas panašiu į trintį. Mūsų atradimas yra toks: elektronai (erdvės vienetai) egzistuoja materijoje ir juda materijoje taip pat, kaip materija juda tęstinėje erdvėje.

Kryptinis elektronų judėjimas materijoje bus apibrėžiamas kaip elektros srovė. Jei materijos atomai, per kuriuos teka srovė, yra ramybės būsenoje, palyginti su kietojo agregato, kaip visumos, struktūra, nuolatinis elektronų (erdvės) judėjimas materijoje turi tokias pačias bendrąsias savybes kaip ir materijos judėjimas erdvėje. Jis atitinka pirmąjį Niutono dėsnį (inercijos dėsnį) ir gali tęstis neribotą laiką, nepridedant energijos. Ši situacija atsiranda dėl reiškinio, žinomo kaip superlaidumas, kuris buvo eksperimentiškai pastebėtas daugelyje medžiagų esant labai žemai temperatūrai. Bet jei medžiagos agregato atomai yra aktyviame temperatūros judėjime ( temperatūra yra vienmačio judėjimo rūšis), elektronų judėjimas materijoje papildo temperatūros judėjimo erdvinį komponentą (ty padidina greitį) ir taip įveda energiją (šilumą) į judančius atomus.

Srovės dydis matuojamas elektronų (erdvės vienetų) skaičiumi per laiko vienetą. Erdvės vienetas laiko vienetui yra greičio apibrėžimas, taigi elektros srovė yra greitis. SU matematinis taškasŽiūrint iš pusės, nesvarbu, ar masė juda plėtinių erdvėje, ar erdvė juda masėje. Todėl, nagrinėdami elektros srovę, mes susiduriame su mechaniniais elektros aspektais, o srovės reiškinį galima apibūdinti tomis pačiomis matematinėmis lygtimis, kurios taikomos įprastam judėjimui erdvėje, su deramomis modifikacijomis dėl sąlygų skirtumų, jei tokie skirtumai egzistuoja. Galima būtų naudoti tuos pačius vienetus, tačiau dėl istorinių priežasčių ir patogumo šiuolaikinėje praktikoje naudojama atskira vienetų sistema.

Pagrindinis srovės elektros vienetas yra kiekio vienetas. Natūralioje atskaitos sistemoje tai yra vieno elektrono, kurio greičio poslinkis yra vienas vienetas, erdvinis aspektas. Todėl kiekis q yra erdvės atitikmuo s. Srovės sraute energija turi tokį patį statusą kaip ir mechaniniuose santykiuose, o erdvės ir laiko matmenys yra t/s. Energija, padalinta iš laiko, yra galia, 1/s. Tolesnis srovės padalijimas, turintis greičio s/t matmenis, sukuria elektrovaros jėgą (emf), kurios matmenys yra 1/s x t/s = t/s². Žinoma, tai apskritai yra jėgos erdvės ir laiko matmenys.

Terminas " elektrinis potencialas“ dažniausiai naudojamas kaip emf alternatyva, tačiau dėl priežasčių, kurios bus aptartos vėliau, „potencialas“ šia prasme nenaudosime. Jei tinka patogesnis terminas nei emf, naudosime terminą „įtampa“, simbolį U.

Padalinę įtampą t/s² iš srovės s/t, gauname t²/s³. Šis pasipriešinimas, simbolis R, yra vienintelis iki šiol įvertintas elektrinis dydis, kuris nėra lygiavertis pažįstamam mechaniniam dydžiui. Tikroji pasipriešinimo prigimtis atskleidžiama nagrinėjant jo erdvėlaikinę struktūrą. Matavimai t²/s³ yra lygiaverčiai masei t³/s³, padalytai iš laiko t. Vadinasi, pasipriešinimas yra masė per laiko vienetą. Tokio dydžio svarbą nesunku suprasti, jei suvokiame, kad masės kiekis, įeinantis į erdvės judėjimą (elektronai) materijoje, yra ne fiksuotas dydis, kaip yra materijos judėjimui tęstinėje erdvėje, o dydis. tai priklauso nuo elektronų impulso. Kai medžiaga juda tęstinėje erdvėje, masė yra pastovi, o erdvė priklauso nuo judėjimo trukmės. Tekant srovei erdvė (elektronų skaičius) yra pastovi, o masė priklauso nuo judėjimo trukmės. Jei srautas yra trumpalaikis, kiekvienas elektronas gali pajudinti tik nedidelę visos grandinės masės dalį, tačiau jei srautas yra ilgalaikis, jis gali vėl pereiti per visą grandinę. Bet kuriuo atveju bendra srovėje dalyvaujanti masė yra masės per laiko vienetą (varža) ir srauto laiko sandauga. Kai medžiaga juda plėtinių erdvėje, taip pat nustatoma ir bendroji erdvė; tai yra erdvės laiko vienetui (greičiui) ir judėjimo laiko sandauga.

Nagrinėdami pasipriešinimą kaip materijos savybę, daugiausia domėsimės varža arba atsparumas, kuris apibrėžiamas kaip atitinkamos medžiagos vienetinio kubo varža. Atsparumas yra tiesiogiai proporcingas srovės nuvažiuotam atstumui ir atvirkščiai proporcingas laidininko skerspjūvio plotui. Iš to išplaukia, kad padauginus varžą ploto vienetui ir padalinus iš vienetinio atstumo, gauname vertę su matavimais t²/s², atspindinčią tik būdingas medžiagos charakteristikas ir aplinkos sąlygas (daugiausia temperatūrą ir slėgį) ir nepriklausomą nuo laidininko geometrinė struktūra. Atvirkštinė varžos arba varžos kokybė yra laidumas ir atitinkamai elektros laidumas.

Išsiaiškinę varžos erdvės ir laiko matmenis, galime grįžti prie empiriškai nustatytų varžos ir kitų elektrinių dydžių ryšių ir patvirtinti erdvės-laiko apibrėžimų nuoseklumą.

Įtampa: U = IR = s/t x t²/s³ = t/s²
Galia: P = I²R = t²/s² x t²/s³ = 1/s
Energija: E = I²Rt = s²/t² x t²/s³ x t = t/s

Energijos lygtis parodo elektrinių ir mechaninių reiškinių matematinių išraiškų lygiavertiškumą. Kadangi pasipriešinimas yra masė per laiko vienetą, pasipriešinimo ir laiko sandauga Rt yra lygi masei m. Srovė, I, yra greitis v. Taigi, elektros energijos RtI² išraiška yra lygiavertė kinetinės energijos 1/2mv² išraiškai. Kitaip tariant, RtI² reikšmė yra elektronų judėjimo kinetinė energija.

Užuot naudoję varžą, laiką ir srovę, energiją galime išreikšti įtampa U (atitinka IR) ir dydžiu q (atitinka It). Tada energijos (arba darbo) kiekio išraiška yra W = Uq. Čia mes turime tam tikrą elektros, kaip erdvės atitikmens, apibrėžimo patvirtinimą. Kaip aprašyta viename iš standartinių fizikos vadovėlių, jėga yra „gerai apibrėžta vektorinis kiekis, sukurdamas objektų judėjimo pokytį. EMF arba įtampa atitinka šį aprašymą. Jis sukuria elektronų judėjimą įtampos kritimo kryptimi. Energija yra jėgos ir atstumo sandauga. Elektros energija Uq yra jėgos ir kiekio sandauga. Iš to išplaukia, kad elektros kiekis yra lygus atstumui – tą pačią išvadą padarėme apie neįkrauto elektrono prigimtį.

Tradicinėje mokslinėje mintyje elektros energijos, kaip energijos formos, statusas apskritai laikomas savaime suprantamu dalyku, nes ji gali būti paversta bet kokiomis kitomis formomis, tačiau apskritai nepriimtinas elektros ar elektrovaros jėgos, kaip jėgos formos, statusas. . Jei tai būtų priimta, ankstesnėje pastraipoje padaryta išvada būtų neišvengiama. Tačiau pastebėtų faktų verdiktas ignoruojamas dėl bendro įspūdžio, kad elektros kiekis ir erdvė yra visiškai skirtingos prigimties dariniai.

Ankstesni elektros reiškinių studentai pripažino, kad voltais matuojamas dydis turi jėgos charakteristikas ir atitinkamai jį pavadino. Šiuolaikiniai teoretikai atmeta šį apibrėžimą, nes prieštarauja jų požiūriui į elektros srovės prigimtį. Pavyzdžiui, W. J. Duffin pateikia elektrovaros jėgos (emf) apibrėžimą ir sako:
„Nepaisant pavadinimo, tai tikrai ne jėga, o lygi darbui, atliktam teigiamo krūvio vienetui, jei krūvis juda ratu (tai yra elektros grandinėje); todėl šis vienetas yra voltas.

Darbas erdvės vienetui yra jėga. Autorius tiesiog remiasi tikėjimu, kad judanti esybė, kurią jis vadina krūviu, nėra lygiavertė erdvei. Taigi jis daro išvadą, kad dydis, matuojamas voltais, negali būti jėga. Manome, kad jis klysta, o judanti esybė yra ne krūvis, o besisukantis erdvės vienetas (neįkrautas elektronas). Tada elektrovaros jėga, matuojama voltais, iš tikrųjų yra jėga. Iš esmės Duffin pripažįsta šį faktą, sakydamas, kad „U/n (voltai vienam metrui) yra toks pat kaip N/C (niutonai kulonui).. Abu išreiškia įtampos skirtumą jėga, padalyta iš erdvės.

Tradicinė fizinė teorija nepretenduoja į suprasti nei elektros kiekio, nei elektros krūvio prigimtį. Ji tiesiog prisipažįsta: Dėl to tyrimai negalintis pateikti jokio paaiškinimo apie elektros krūvio prigimtį, jis turi būti unikalus subjektas, nepriklausomas nuo kitų pagrindinių fiziniai subjektai, ir turi būti priimta kaip viena iš „duotų“ gamtos savybių. Toliau daroma prielaida, kad šis nežinomo pobūdžio subjektas, kuris atlieka pagrindinį vaidmenį elektrostatiniuose reiškiniuose, yra identiškas nežinomos prigimties esybei, elektros kiekiui, kuris atlieka pagrindinį vaidmenį elektros srovėje.

Svarbiausias tradicinės elektros srovės teorijos, teorijos, pagrįstos pirmiau nurodytomis prielaidomis, trūkumas, kurį dabar galime svarstyti, atsižvelgdami į išsamesnį fizinių pagrindų, gautų iš judėjimo visatos teorijos supratimą, trūkumas yra tas, kad ji. elektronams priskiria du skirtingus ir nesuderinamus vaidmenis. Pagal dabartinę teoriją šios dalelės yra komponentai atominės struktūros, bent jau galima įsivaizduoti, kad kai kurie iš jų yra laisvai pritaikomi prie bet kokių elektros jėgų, veikiančių laidininką. Viena vertus, kiekviena dalelė yra taip stipriai surišta su likusia atomo dalimi, kad atlieka reikšmingą vaidmenį nustatant atomo savybes, o norint ją atskirti nuo atomo, reikia didelės jėgos (jonizacijos potencialo). . Kita vertus, elektronai juda taip laisvai, kad reaguos į šilumines ar elektrines jėgas, kurių dydis yra šiek tiek didesnis už nulį. Jie turi egzistuoti laidininke tam tikrais kiekiais, jei manysime, kad laidininkas yra elektra neutralus, nors ir teka elektros srovė. Tuo pačiu metu jie turi laisvai išeiti iš laidininko (dideliais arba mažais kiekiais), jei įgyja pakankamai kinetinės energijos.

Turėtų būti akivaizdu, kad teorijos ragina elektronus atlikti dvi skirtingas ir prieštaraujančias funkcijas. Jie buvo priskirti rakto padėtis tiek atominės sandaros teorijoje, tiek elektros srovės teorijoje, neatsižvelgiant į tai, kad savybės, kurias jie turi turėti, kad galėtų atlikti funkcijas, kurių reikalaujama pagal vieną teoriją, trukdo funkcijoms, kurias jie turi atlikti kitoje teorijoje.

Judėjimo visatos teorijoje kiekvienas iš šių reiškinių apima skirtingą fizinę esybę. Atominės struktūros vienetas yra sukimosi judėjimo vienetas, o ne elektronas. Jis turi tam tikrą nuolatinį statusą, kuris reikalingas atominiam komponentui. Elektronas be krūvio ir be jokio ryšio su atomine struktūra yra laisvai judantis elektros srovės vienetas.

Pagrindinis Atvirkštinės sistemos teorijos postulatas teigia, kad fizinė visata yra judėjimo visata, visata, kurioje visos esybės ir reiškiniai yra judesiai, judesių deriniai arba judesių santykiai. Tokioje visatoje visi pagrindiniai reiškiniai yra paaiškinami. Nėra nieko, kas būtų „neanalizuojama“, kaip sako Bridgmanas. Pagrindinės judėjimo visatos esybės ir reiškiniai – spinduliuotė, gravitacija, materija, elektra, magnetizmas ir kt. – gali būti apibrėžti erdvės ir laiko požiūriu. Skirtingai nuo tradicinės fizinės teorijos, atvirkštinė sistema neturėtų palikti jos pagrindiniai elementai metafizinės paslapties malonei. Tai neturėtų pašalinti jų iš fizinio tyrimo, kaip teigiama šiame Encyclopedia Britannica pareiškime:

"Klausimas: "Kas yra elektra?", kaip ir klausimas: "Kas yra materija?", yra už fizikos sferos ir priklauso metafizikos sferai.

Visatoje, kurią sudaro tik judėjimas, fizinei esybei priklausantis elektrinis krūvis būtinai turi būti judėjimas. Tada iškilo problema teoriniai tyrimai, yra ne atsakymas į klausimą: „Kas yra elektros krūvis?“, o apibrėžimas, kokio tipo judėjimas pasireiškia kaip krūvis. Krūvio, kaip papildomo judesio, apibrėžimas ne tik paaiškina ryšį tarp eksperimentiškai stebimo įkrauto elektrono ir neįkrauto elektrono, žinomo tik kaip judantis subjektas elektros srovėje, bet ir paaiškina jų tarpusavio mainus, o tai yra pagrindinė dabar populiaraus atrama. nuomonė, kad procese dalyvauja tik vienas subjektas – mokestis. Ne visada prisimenama, kad ši nuomonė visuotinio pripažinimo sulaukė tik po ilgų ir gyvų diskusijų. Statiniai ir srovės reiškiniai turi panašumų, tačiau yra ir reikšmingų skirtumų. Šiuo metu, nesant jokio teorinio paaiškinimo bet kokiai elektros rūšiai, reikia išspręsti klausimą, ar įkrauti ir neįkrauti elektronai yra identiški dėl savo panašumų, ar nepalyginami dėl savo skirtumų. Sprendimas palankus tapatybei nugalėjo, nors laikui bėgant susikaupė daug įrodymų, paneigiančių šio sprendimo pagrįstumą.

Panašumai yra akivaizdūs abiejuose bendrieji tipai x: (1) kai kurios įkrautų dalelių ir elektros srovių savybės yra panašios; (2) stebimi perėjimai iš vieno į kitą. Įkrauto elektrono kaip neįkrauto elektrono apibrėžimas su papildomas judėjimas paaiškina abiejų tipų panašumus. Pavyzdžiui, įrodymas, kad greitai judantis krūvis turi tokias pačias magnetines savybes kaip ir elektros srovė, buvo pagrindinis veiksnys, lemiantis pergalę, kurią prieš daugelį metų iškovojo elektros srovės „krūvio“ teorijos šalininkai. Tačiau mūsų atradimai rodo, kad judantys subjektai yra elektronai ar kiti krūvininkai, todėl elektros krūvių egzistavimas ar nebuvimas nėra svarbus.

Antrasis įrodymų tipas, kuris buvo interpretuojamas kaip statinių ir judančių elektronų tapatumas, yra akivaizdus tekančio elektrono pakeitimas įkrautu elektronu tokiuose procesuose kaip elektrolizė. Štai paaiškinimas: elektros krūvis yra lengvai sukuriamas ir lengvai sunaikinamas. Kaip visi žino, norint sukurti elektros srovę ant daugelio paviršių, pavyzdžiui, šiuolaikinių sintetinių pluoštų, reikia tik nedidelės trinties. Iš to išplaukia, kad kai yra energijos koncentracija vienoje iš formų, galinčių išsilaisvinti transformuojant į kitą, sukimosi vibracija, sudaranti krūvį, arba atsiranda, arba išnyksta, kad leistų elektronų judėjimą, kuris vyksta reaguojant į panaudota jėga.

Laikytis vyraujančios politikos du skirtingus kiekius laikyti identiškais ir naudoti tuos pačius vienetus abiem galima tik todėl, kad du skirtingi naudojimo būdai daugeliu atvejų yra visiškai skirtingi. Esant tokioms aplinkybėms, atliekant identiškus vienetus, skaičiavimai nepadaro klaidos, tačiau bet kuriuo atveju, jei skaičiavimas ar teorinis svarstymas apima abiejų tipų kiekius, būtina aiškiai atskirti.

Kaip analogiją galime daryti prielaidą, kad norime sukurti vienetų sistemą, kurioje būtų išreikštos vandens savybės. Taip pat darykime prielaidą, kad negalime atpažinti skirtumo tarp svorio ir tūrio savybių, todėl išreikšime jas kubiniais centimetrais. Ši sistema prilygsta vieno gramo svorio vienetui. Ir kol mes kalbame atskirai apie svorį ir tūrį, kiekvienas savo kontekste, tai, kad posakis „kubinis centimetras“ turi dvi visiškai skirtingas reikšmes, nesukelia jokių sunkumų. Tačiau jei tuo pačiu metu susiduriame su abiem savybėmis, būtina atpažinti jų skirtumą. Kubinių centimetrų (svorio) padalijimas iš kubinių centimetrų (tūrio) nėra išreiškiamas kaip bematis skaičius, kaip, atrodo, rodo skaičiavimai; koeficientas yra fizinis dydis, kurio matmenys yra svoris / tūris. Taip pat galime naudoti tuos pačius elektros krūvio ir elektros kiekio vienetus, jei jie veikia savarankiškai ir tinkamame kontekste, tačiau jei abu dydžiai yra įtraukti į skaičiavimą arba jie veikia atskirai su netinkamais fiziniais matmenimis, kyla painiava.

Matmenų painiava, atsirandanti dėl klaidingo įkrautų ir neįkrautų elektronų skirtumo supratimo, teoriniams fizikams sukėlė didelį susirūpinimą ir painiavą. Tai buvo kliūtis užmegzti bet kokį visapusišką sisteminį ryšį tarp dimensijų fiziniai kiekiai. Nesugebėjimas atrasti ryšio pagrindo yra aiškus požymis, kad kažkas negerai su pačiais matmenimis, tačiau užuot pripažinus šį faktą, dabartinė reakcija yra šluoti problemą po kilimėliu ir teigti, kad problemos nėra. Štai kaip vienas stebėtojas mato vaizdą:
„Anksčiau dydžio tema buvo prieštaringa. Prireikė daugelio metų nesėkmingų bandymų atrasti „įgimtus, racionalius ryšius“, kuriais turėtų būti išreikštos visos matmenų formulės. Dabar visuotinai pripažįstama, kad nėra vieno absoliutaus dydžio formulių rinkinio.

Tai dažna reakcija į daugelį metų nusivylimas, reakcija, su kuria dažnai susiduriame tyrinėdami 1 tome aptartas temas. Kai kartos po kartos tyrinėtojų pastangomis nepavyksta pasiekti konkretaus tikslo, visada kyla didelė pagunda pareikšti, kad tikslas tiesiog nepasiekiamas. „Trumpai tariant, – sako Alfredas Lande’as, – jei negalite išsiaiškinti probleminės situacijos, praneškite, kad taip yra „pagrindinį, o tada paskelbti atitinkamą principą“. Todėl fizinis mokslas yra kupinas impotencijos principų, o ne paaiškinimų.

Judėjimo visatoje visų rūšių dydžių matmenys gali būti išreikšti tik erdvės ir laiko atžvilgiu. Pagrindinių mechaninių dydžių erdvės ir laiko matmenys yra apibrėžti 1 tome. Čia pridedami dydžių, dalyvaujančių elektros srovės sraute, matmenys.

Matmenų santykių paaiškinimas lydimas skirtingų fizikinių dydžių natūralaus dydžio vieneto apibrėžimo. Įrenginių sistema, dažniausiai naudojama dirbant su elektros srovėmis, sukurta nepriklausomai nuo mechaninių mazgų ad hoc pagrindu. Norint nustatyti ryšį tarp atsitiktinės sistemos ir natūralios vienetų sistemos, reikės išmatuoti vieną fizikinį dydį, kurio vertę galima nustatyti natūralioje sistemoje, kaip buvo padaryta anksčiau nustatant ryšius tarp natūralios ir natūralios sistemos. tradiciniai erdvės, laiko ir masės vienetai. Tam naudosime Faradėjaus konstantą – stebimą ryšį tarp elektros kiekio ir elektrolizėje dalyvaujančios masės. Padauginus šią konstantą, 2,89366 x 10 14 ese/g-ekv, iš natūralaus atominės masės vieneto 1,65979 x 10 -24 g, gauname natūralų elektros energijos kiekio vienetą 4,80287 x 10 -10 ese.

Iš pradžių įkrovos vieneto apibrėžimas ( es) naudojant Kulono lygtį elektrostatinėje matavimo sistemoje, buvo planuojama naudoti kaip priemonę elektros dydžiams įvesti į mechaninę matavimo sistemą. Bet čia elektrostatinis blokasįkrovimas ir kiti elektros mazgai, įskaitant esančius, sudaro atskira sistema matavimas, kuriame t/s tapatinamas su elektros krūviu.

Elektros srovės dydis yra elektronų skaičius per laiko vienetą, tai yra erdvės vienetai per laiko arba greičio vienetą. Todėl natūralusis srovės vienetas gali būti išreikštas kaip natūralusis greičio vienetas, 2,99793 x 10 10 cm/sek. Elektrine prasme tai yra natūralus dydžio vienetas, padalytas iš natūralaus laiko vieneto, lygus 3,15842 x 10 6 es/s arba 1,05353 x 10 -3 amperų. Todėl tradicinis elektros energijos vienetas vatvalandė yra lygus 3,6 x 10 10 erg. Natūralus energijos vienetas, 1,49275 x 10 -3 erg, atitinka 4,14375 x 10 -14 vatvalandžių. Padalinę šį vienetą iš natūraliojo laiko vieneto, gauname natūralųjį galios vienetą – 9,8099 x 10 12 erg/sek = 9,8099 x 10 5 vatai. Tada padalijus iš natūralaus srovės vieneto gauname natūralų elektrovaros jėgos arba įtampos vienetą 9,31146 x 108 voltų. Dar padalijus iš srovės gaunamas natūralus 8,83834 x 10 11 omų pasipriešinimo vienetas.

Kitas elektros energijos kiekis, kurį verta paminėti dėl pagrindinio vaidmens, kurį jis atlieka šiuolaikiniame matematiniame požiūryje į magnetizmą, yra „srovės tankis“. Jis apibrėžiamas kaip „krūvio kiekis, praeinantis per sekundę per plokštumos, statmenos srauto linijai, ploto vienetą“. Tai keistas dydis, nuo bet kurio kito jau aptarto dydžio besiskiriantis tuo, kad tai nėra erdvės ir laiko santykis. Kai supratome, kad šis kiekis iš tikrųjų reiškia srovę ploto vienetui, o ne „įkrovimą“ (faktas patvirtintas vienetais, amperais vienam kvadratinis metras, kurioje jis išreikštas), jo erdvės ir laiko matmenys, matyt, yra s/t x 1/s² = 1/st. Jie nėra judėjimo matmenys ar judėjimo savybės. Iš to išplaukia, kad apskritai šis kiekis neturi fizinės reikšmės. Tai tik matematinis patogumas.

Pagrindiniai šiuolaikiniam mokslui žinomi elektros srovės dėsniai, tokie kaip Omo dėsnis, Kirchhoffo dėsnis ir jų išvestiniai, yra tiesiog empiriniai apibendrinimai, o jų taikymui neturi įtakos tikrosios elektros srovės prigimties išaiškinimas. Šių įstatymų esmė ir atitinkamos detalės yra tinkamai aprašytos esamoje mokslinėje ir techninėje literatūroje.

ELEKTROS ATSPARUMAS

Nors elektros srovės judėjimas materijoje yra tolygus materijos judėjimui erdvėje, sąlygos, su kuriomis susiduria kiekvienas judėjimo tipas mūsų kasdienės patirties, pabrėžia skirtingus bendrųjų nuostatų aspektus. Kai kalbame apie materijos judėjimą tęstinėje erdvėje, mus daugiausia domina atskirų objektų judėjimas. Niutono judėjimo dėsniai, kertiniai akmenys Mechanika nagrinėja jėgos panaudojimą sukelti ar pakeisti tokių objektų judėjimą ir judesio perkėlimą iš vieno objekto į kitą. Kita vertus, elektros srovės atveju mums rūpi srovės srauto tęstinumo aspektai, o atskirų susijusių objektų būklė nėra svarbi.

Erdvės vienetų mobilumas srovės sraute įveda tam tikrus kintamumo tipus, kurių nėra medžiagos judėjime tęstinėje erdvėje. Todėl egzistuoja elgsenos charakteristikos arba medžiagų struktūrų savybės, būdingos struktūrų ir judančių elektronų ryšiui. Kitaip tariant, galime pasakyti taip medžiaga turi tam tikrų būdingų elektrinių savybių. Pagrindinė šios prigimties savybė yra pasipriešinimas. Kaip minėta anksčiau, pasipriešinimas yra vienintelis dydis, susijęs su pagrindiniais srovės srauto santykiais, kuris nėra žinomas mechaninių lygčių, lygčių, susijusių su materijos judėjimu tęstinėje erdvėje, sistemos charakteristika.

Vienas iš autorių šiuolaikines idėjas apie elektros varžos kilmę apibendrina taip:
„Gebėjimas praleisti elektrą... atsiranda dėl to, kad yra daugybė kvazi laisvųjų elektronų, kurios, veikiamos elektrinio lauko, sugeba tekėti per metalinę gardelę... Jaudinančios įtakos... trukdo laisvai elektronams tekėti, juos išsklaido ir sukuria pasipriešinimą.“

Kaip jau buvo nurodyta, judėjimo visatos teorijos plėtra veda prie visiškai priešingos elektrinės varžos prigimties sampratos. Mes tai randame elektronai pašalinami iš aplinkos. Kaip aptarta 1 tome, egzistuoja fiziniai procesai, sukuriant elektronus reikšmingus kiekius, ir kad nors judesius, sudarančius šiuos elektronus, daugeliu atvejų sugeria atominės struktūros, tokio tipo judesių panaudojimo galimybės tokiose struktūrose yra ribotos. Iš to išplaukia, kad visatos materialiame sektoriuje visada yra didelis laisvųjų elektronų perteklius, kurių dauguma neapmokestinami. Neįkrautoje būsenoje elektronai negali judėti ryšium su plėtinių erdve, nes jie yra besisukantys erdvės vienetai, o erdvės santykis su erdve nėra judėjimas. Todėl atviroje erdvėje kiekvienas neįkrautas elektronas nuolat yra toje pačioje padėtyje, palyginti su natūralia atskaitos sistema, taip pat kaip ir fotonas. Nejudančio erdvinio atskaitos rėmo kontekste neįkrautas elektronas, kaip ir fotonas, natūralaus atskaitos kadro seka iškeliamas šviesos greičiu.

Taigi visi medžiagų agregatai yra veikiami elektronų srauto, kaip nuolatinis spinduliuotės fotonų bombardavimas. Tačiau yra ir kitų procesų, kai elektronai grąžinami į aplinką. Todėl tokio materialaus agregato, kaip Žemė, elektronų populiacija stabilizuojasi pusiausvyros lygyje. Elektronų koncentracijos pusiausvyrą lemiantys procesai nepriklauso nuo medžiagos atomų prigimties ir atomų tūrio. Todėl elektra izoliuotuose laiduose, kur nėra srovės srauto, elektronų koncentracija yra pastovi. Iš to išplaukia, kad materijos atomų šiluminiame judėjime dalyvaujančių elektronų skaičius yra proporcingas atomo tūriui, o šio judėjimo energiją lemia efektyvieji atomų sukimosi koeficientai. Vadinasi,.

varžą lemia atomo tūris ir šiluminė energija Medžiagos, kuriose sukamasis judėjimas vyksta tik laike, turi šiluminį judėjimą erdvėje pagal bendrąją taisyklę, reglamentuojančią judesio pridėjimą, kaip nustatyta 1 tome. Šioms medžiagoms nulinis šiluminis judėjimas atitinka nulinį pasipriešinimą, o kylant temperatūrai varža didėja. Taip atsitinka dėl to, kad elektronų (erdvės vienetų) koncentracija laikinajame laidininko komponente yra pastovi tam tikram srovės kiekiui. Todėl srovė padidina šiluminį judėjimą tam tikra dalimi. Tokios medžiagos vadinamos.

Kitų elementų, turinčių du sukimosi erdvėje matmenis, terminis judėjimas, kuris dėl judančių elektronų baigtinių skersmenų reikalauja dviejų atvirų matmenų, būtinai vyksta laike. IN šiuo atveju nulinė temperatūra atitinka nulinį judėjimą laike. Čia iš pradžių atsparumas yra didelis, tačiau didėjant temperatūrai mažėja. Tokios medžiagos yra žinomos kaip izoliatoriai arba dielektrikai.

Elementai su didžiausiais elektrinis poslinkis, turintys tik vieną erdvinio sukimosi matmenį ir arčiausiai elektroteigiamų padalų, gali sekti teigiamą modelį ir yra laidininkai. Elementai su mažesniu elektriniu poslinkiu laikosi modifikuoto judėjimo modelio laikui bėgant, kai pasipriešinimas mažėja nuo aukšto, bet baigtinio lygio iki nulinės temperatūros. Tokios medžiagos, turinčios tarpines charakteristikas, vadinamos puslaidininkiai.

Deja, atsparumo matavimai apima daugybę veiksnių, dėl kurių rezultatai yra neapibrėžti. Mėginio grynumas ypač svarbus dėl didelio laidininkų ir dielektrikų varžų skirtumo. Netgi mažas kiekis Dielektrinė tarša gali žymiai pakeisti atsparumą. Tradicinė teorija neturi paaiškinimo dėl dydžio šis efektas. Jei elektronai juda erdvėse tarp atomų, kaip teigia teorija, kelios papildomos kliūtys kelyje neturėtų reikšmingai prisidėti prie pasipriešinimo. Tačiau, kaip mes tvirtiname, srovės juda visuose laidininko atomuose, įskaitant nešvarius atomus, o tai padidina kiekvieno atomo šilumos kiekį proporcingai jo varžai. Itin didelis dielektriko atsparumas lemia didelį kiekvieno nešvaraus atomo indėlį, ir net labai mažas tokių atomų skaičius turi labai reikšmingą poveikį.

Puslaidininkių elementų teršalai yra mažiau veiksmingi kaip teršalai, bet vis tiek jų atsparumas gali būti tūkstančius kartų didesnis nei laidžių metalų.

Be to, atsparumas keičiasi dėl karščio ir reikalauja kruopštaus atkaitinimo, kad būtų galima atlikti patikimus matavimus. Šio metodo tinkamumas daugelyje, jei ne daugumos, pasipriešinimo apibrėžimų yra abejotinas. Pavyzdžiui, G. T. Meaden praneša, kad šis gydymas sumažina atsparumą beriliui 50% ir kad " parengiamieji darbai buvo atliktas su neatkaitintais mėginiais. Kiti neapibrėžtumo šaltiniai yra kristalų struktūros pokyčiai arba magnetinis elgesys, kurie atsiranda, kai skirtingos temperatūros arba slėgiai skirtinguose mėginiuose, arba ties skirtingos sąlygos, dažnai lydimas reikšmingų padarinių vėlavimai.

Kadangi elektrinė varža yra temperatūros judėjimo rezultatas, elektronų judėjimo energija yra pusiausvyra su temperatūros energija. Todėl varža yra tiesiogiai proporcinga efektyviai šiluminei energijai, ty temperatūrai. Iš to išplaukia, kad varžos prieaugis vienam laipsniui yra pastovus kiekvienai (nepakeistai) medžiagai; šią reikšmę lemia atominės charakteristikos. Štai kodėl, kreivė, vaizduojanti atsparumo temperatūrai ryšį vienam atomui, yra tiesinė. Tiesios linijos apribojimas yra elektronų santykių charakteristika ir atsiranda dėl to, kad elektronas turi tik vieną sukimosi poslinkio vienetą ir todėl negali pereiti prie kelių vienetų judėjimo sudėtingo atomo būdu. struktūros.

Tačiau panašus varžos kreivės pokytis įvyksta, jei varžą lemiantys koeficientai keičiami pertvarkant, pavyzdžiui, keičiant slėgį. Kaip išreiškė P.W Bridgmano, aptardami jo rezultatus, įvykus tokio pobūdžio pokyčiams, iš esmės susiduriame su kita medžiaga. Modifikuoto atomo kreivė taip pat yra tiesi, tačiau ji nesutampa su nemodifikuoto atomo kreive. Perėjimo į nauja forma atskiro atomo varža staigiai pasikeičia į santykį su kita tiesia linija.

ELEKTROS MOKESČIAI

Judėjimo visatoje visi fiziniai subjektai ir reiškiniai yra judesiai, judesių deriniai arba judesių santykiai. Iš to išplaukia, kad kuriant tokią visatą aprašančios teorijos struktūrą daugiausia reikia nustatyti, kokie judesiai ir judesių deriniai gali egzistuoti postulatuose nurodytomis sąlygomis. Iki šiol mūsų diskusijoje fizikiniai reiškiniai nagrinėjome tik transliacinį judėjimą, elektronų judėjimą materijoje ir skirtingos įtakosšis judėjimas, tarkime, su mechaniniais elektros aspektais. Dabar atkreipsime dėmesį į elektrinius reiškinius, susijusius su sukimosi judesiu.

Kaip aprašyta 1 tome, gravitacija yra trimatis sukimosi būdu paskirstytas skaliarinis judėjimas. Jei laikytume bendrą sudėtingesnių judesių generavimo modelį kaip derinį skirtingų tipų judėjimo, natūralu manyti, kad objektams pritraukti galima pritaikyti vienmatį arba dvimatį skaliarinį sukimąsi, kad būtų sukurta daugiau reiškinių. sudėtingas pobūdis. Tačiau išanalizavę situaciją matome, kad prie gravitacinio judėjimo pridėjus įprastą sukimosi paskirstytą judesį mažiau nei trimis matmenimis, tiesiog pasikeistų judesio dydis ir neatsirastų jokių naujų reiškinių tipų.

Tačiau yra sukimosi paskirstymo modelio variantų, kurių mes dar neištyrėme. Iki šiol buvo svarstomi trys bendrieji tipai paprastas judesys(fizinių padėčių skaliarinis judėjimas): (1) transliacinis judėjimas; (2) linijinė vibracija; ir (3) sukimasis. Dabar turėtume suvokti, kad egzistuoja ketvirtasis tipas – vibracinis-sukamasis judėjimas, susijęs su sukimu taip pat, kaip linijinė vibracija yra susijusi su transliaciniu judėjimu. Toks vektorinis judėjimas yra įprastas (pavyzdys yra plauko spyruoklės judėjimas laikrodyje), tačiau tradicinė mokslinė mintis jį iš esmės ignoruoja. Tai groja svarbus vaidmuo pagrindiniame visatos judėjime.

Atominiame lygmenyje sukimosi vibracija yra sukimosi būdu paskirstytas skaliarinis judėjimas, kuris nuolat keičiasi iš išorės į vidų ir atvirkščiai. Kaip ir tiesinės vibracijos atveju, kad skaliarinės krypties matavimas būtų pastovus, jis turi būti nuolatinis ir vienodas. Todėl, kaip ir spinduliuotės fotonas, tai turi būti paprastas harmoningas judėjimas. Kaip pažymėta aptariant temperatūros judėjimą, kai pridedamas paprastas harmoninis judėjimas esamą judėjimą, jis sutampa su šiuo judėjimu (ir todėl neveikia) viena iš skaliarinių krypčių ir turi efektyvų dydį kita skaliarine kryptimi. Kiekvienas laipsniškas judesys turi atitikti skaliarinių judesių derinimo taisykles, nustatytas 1 tome. Remiantis tuo, efektyvi savaiminio sukimosi vibracijos skaliarinė kryptis turi būti į išorę, priešinga sukamajam judesiui į vidų, su kuriuo ji yra susijusi. Toks skaliarinės krypties į vidų papildymas nėra stabilus, bet gali būti palaikomas išorinės įtakos, kaip matysime vėliau.

Skaliarinis judėjimas sukimosi vibracijos pavidalu bus apibrėžiamas kaip krūvis. Šio tipo vienmatis sukimasis yra elektros krūvis. Judėjimo visatoje bet koks pagrindinis fizinis reiškinys, pavyzdžiui, krūvis, būtinai yra judėjimas. Ir vienintelis klausimas, į kurį reikia atsakyti, nagrinėjant jo vietą fiziniame paveiksle, yra klausimas: koks tai judėjimas? Atrandame, kad stebimas elektros krūvis turi savybių, kurios teorinė plėtra apibrėžia kaip vienmatė sukimosi vibracija; todėl šias dvi sąvokas galime sutapatinti.

Įdomu pastebėti, kad tradicinis mokslas, kuris taip ilgai negalėjo paaiškinti elektros krūvio kilmės ir pobūdžio, pripažįsta, kad jis yra skaliarinis. Pavyzdžiui, W. J. Duffin praneša, kad jo aprašyti eksperimentai rodo, kad „mokestis gali būti apibrėžtas kaip vieneto skaičius“, patvirtindamas išvadą, kad „mokestis yra skaliarinis dydis“.

Tačiau tradiciniame fiziniame mąstyme elektros krūvis laikomas vienu iš pagrindinių fizinių objektų, o jo apibrėžimas kaip judėjimas neabejotinai nustebins daugelį žmonių. Reikia pabrėžti, kad tai nėra judėjimo visatos teorijos ypatybė. Nepriklausomai nuo mūsų atradimų, pagrįstų šia teorija, krūvis būtinai yra judėjimas, o remiantis tradicinėje fizikoje veikiančiais apibrėžimais, į tai nepaisoma, nes jis nesutampa su šiuolaikine teorija. Esminis situacijos veiksnys yra jėgos apibrėžimas. Mes tai žinome jėga yra judėjimo savybė, o ne kažkas esminio, kuris egzistuoja savaime. Šios pozicijos supratimas yra būtinas kuriant mokesčių teoriją.

Fizikos tikslais jėga apibrėžiama pagal antrąjį Niutono judėjimo dėsnį. Tai masės ir pagreičio sandauga, F = ma. Judėjimas, erdvės ir laiko santykis, matuojamas pagal atskirą masės vienetą kaip greitį arba greitį, v (tai yra, kiekvienas vienetas juda savo greičiu), arba bendrai kaip momentas – masės greitis, mv. , anksčiau vadintas labiau apibūdinančiu pavadinimu „judėjimo kiekis“. Judėjimo dydžio kitimo greitis laikui bėgant yra dv/dt (pagreitis, a) atskiros masės atveju ir m dv/dt (jėga, ma), jei jis matuojamas bendrai. Tada jėga apibrėžiama kaip viso judesio dydžio kitimo su laiku greitis; galime tai pavadinti „pagreičio dydžiu“. Iš apibrėžimo matyti, kad jėga yra judėjimo savybė. Ji turi tokį patį statusą kaip ir bet kuri kita nuosavybė, o ne kažkas, kas gali egzistuoti kaip savarankiškas subjektas.

Vadinamosios „pagrindinės gamtos jėgos“, tariamai autonominės jėgos, kurios pasitelkiamos paaiškinti fizinių reiškinių kilmę, būtinai yra už jų slypinčių judėjimų savybės; jie negali egzistuoti kaip savarankiški subjektai. kiekvienas “ pamatinė jėga“ turi atsirasti iš esminio judėjimo. Tai yra logiškas jėgos apibrėžimo reikalavimas ir galioja nepriklausomai nuo fizinės teorijos, kurios kontekste nagrinėjama situacija.

Šiuolaikinis fizinis mokslas negali nustatyti judesių, kurių reikalauja jėgos apibrėžimas. Pavyzdžiui, fizinis krūvis sukuria elektros jėgą, tačiau, kaip nustatyta iš stebėjimo, jis to nedaro savaip. savo iniciatyva. Nėra jokių ankstesnių judėjimų požymių. Su šiuo akivaizdus prieštaravimas Jėgos apibrėžimas dabar valdomas ignoruojant apibrėžimo reikalavimus ir laikant elektrinę jėgą kaip subjektą, kurį tam tikru būdu sukuria krūvis. Dabar tokio išsisukimo poreikis pašalinamas apibrėžiant krūvį kaip sukimosi vibraciją. Dabar aišku, kad priežastis, kodėl nėra jokių judėjimo, dalyvaujančio generuojant elektros jėgą, įrodymų yra ta pats krūvis yra judėjimas.

Todėl elektros krūvis yra vienmatis atomo ar dalelės trimačio judėjimo analogas, kurį apibrėžėme kaip masę. Masės erdvės ir laiko matmenys – t³/s³. Vienoje dimensijoje tai būtų t/s. Sukimosi vibracija yra judėjimas, panašus į sukimąsi, kuris sudaro masę, tačiau skiriasi tik periodiškai keičiant skaliarinę kryptį. Iš to išplaukia, kad elektros krūvis – vienmatė sukimosi vibracija – taip pat turi matmenis t/s. Kitų elektrostatinių dydžių matavimus galima išvesti iš krūvio dydžių. Elektrinio lauko stiprumas- dydis, kuris vaidina svarbų vaidmenį daugelyje santykių, susijusių su elektros krūviais, yra krūvis ploto vienetui, t/s x 1/s² = t/s³. Lauko stiprumo ir atstumo sandauga, t/s³ x s = t/s², yra jėga, elektrinis potencialas.

Dėl tų pačių priežasčių, kurios taikomos kuriant gravitacinį lauką pagal masę, elektros krūvis yra apsuptas jėgos lauko. Tačiau nėra masės ir krūvio sąveikos. Skaliarinis judėjimas. keičiantis atskyrimui tarp A ir B, atskaitos sistemoje gali būti pavaizduotas kaip AB judėjimas (A judėjimas į B) arba BA judėjimas (B judėjimas į A). Vadinasi, judesiai AB ir BA nėra du atskiri judesiai; tai tik du skirtingi vaizdavimo būdai tas pats dalykas judesiai atskaitos sistemoje. Tai reiškia, kad skaliarinis judėjimas yra abipusis procesas. Tai negali įvykti, nebent objektai A ir B galėtų judėti to paties tipo. Vadinasi, krūviai (vienmačiai judesiai) sąveikauja tik su krūviais, o masės (trimačiai judesiai) – tik su masėmis.

Linijiniam elektros krūvio judėjimui, analogiškam gravitacijai, taikomi tie patys svarstymai kaip ir gravitaciniam judėjimui. Tačiau, kaip minėta anksčiau, jis yra nukreiptas į išorę, o ne į vidų, todėl negali būti tiesiogiai įtrauktas į pagrindinį vibracijos judėjimą sukimosi judesių derinių būdu. Judėjimo į išorę apribojimas atsiranda dėl to, kad natūralios atskaitos sistemos išorinė seka, kuri visada yra, tęsiasi iki viso išorinio greičio vieneto – ribinio dydžio. Tolesnis judėjimas išorę galima pridėti tik po to, kai į judesių derinį įtraukiamas vidinis komponentas. Taigi, krūvis gali egzistuoti tik kaip priedas prie atomo ar subatominės dalelės.

Nors krūvį sudarančios sukimosi vibracijos skaliarinė kryptis visada yra į išorę, galimas ir teigiamas (laikinis) poslinkis, ir neigiamas (erdvinis) poslinkis, nes sukimosi greitis gali būti didesnis arba mažesnis už vienetą, o sukimosi vibracija būtinai turi būti priešinga sukimasis. Tai iškelia labai nepatogų terminologijos klausimą. Loginiu požiūriu sukamoji vibracija su erdviniu poslinkiu turėtų būti vadinama neigiamu krūviu, nes ji yra priešinga teigiamam sukimuisi, o sukamoji vibracija su laiko poslinkiu turėtų būti vadinama teigiamu krūviu. Tuo remiantis, terminas „teigiamas“ visada reiškia laikiną poslinkį (mažą greitį), o terminas „neigiamas“ visada reiškia erdvinį poslinkį (didelį greitį). Šių terminų vartojimas turėtų tam tikrų pranašumų, tačiau šio darbo tikslais nepageidautina rizikuoti, kad paaiškinimai, kurie jau kenčia dėl neišvengiamo nepažįstamos terminijos vartojimo anksčiau nesąmoningiems ryšiams išreikšti, sukels painiavą. Todėl dabartiniais tikslais laikysimės dabartinės vartosenos, o teigiamų elementų krūviai bus vadinami teigiamais. Tai reiškia, kad terminų „teigiamas“ ir „neigiamas“ reikšmė, susijusi su sukimu, yra atvirkščiai susijusi su krūviu.

Įprastoje praktikoje tai neturėtų sukelti jokių ypatingų sunkumų. Tačiau šioje diskusijoje tam tikras įvairių judesių, įtrauktų į tiriamus derinius, savybių nustatymas yra būtinas aiškumo dėlei. Kad būtų išvengta painiavos, terminai „teigiamas“ ir „neigiamas“ bus pažymėti žvaigždutėmis, kai jie vartojami atvirkščiai. Tuo pagrindu elektroteigiamas elementas, besisukantis mažu greičiu visomis skaliarinėmis kryptimis, gauna teigiamą* krūvį – sukimosi dideliu greičiu vibraciją. Elektroneigiamas elementas su aukštu ir mažu sukimosi komponentais gali priimti bet kokį krūvį. Tačiau paprastai neigiamas* krūvis apsiriboja dauguma neigiamų klasės elementų.

Daugelis problemų, kylančių, kai skaliarinis judėjimas nagrinėjamas fiksuoto erdvinio atskaitos rėmelio kontekste, kyla dėl to, kad atskaitos rėmas turi savybę, padėtį, kurios skaliarinis judėjimas neturi. Kitos problemos kyla dėl priešingos priežasties: skaliarinis judėjimas turi savybę, kurios atskaitos rėmas neturi. Šią savybę pavadinome skalialine kryptimi, į vidų arba į išorę.

Elektriniai krūviai nedalyvauja pagrindiniuose atomų ar dalelių judėjimuose, bet yra lengvai sukuriami beveik bet kokioje medžiagoje ir gali būti vienodai lengvai atskirti nuo šios medžiagos. Žemos temperatūros aplinkoje, pvz., Žemės paviršiuje, elektros krūvis veikia kaip laikinas santykinai nuolatinių besisukančių judėjimo sistemų priedas. Tai nereiškia, kad mokesčių vaidmuo nėra svarbus. Tiesą sakant, krūviai dažnai turi didesnę įtaką fizinių įvykių baigčiai nei pagrindiniai medžiagos atomų, dalyvaujančių veiksme, judesiai. Tačiau struktūriniu požiūriu reikėtų suprasti, kad krūviai ateina ir išeina taip pat, kaip ir transliaciniai (kinetiniai arba temperatūros) atomo judesiai. Kaip pamatysime netrukus, įkrovos ir temperatūros pokyčiai iš esmės yra keičiami.

Paprasčiausia įkrautos dalelės forma sukuriama pridedant vieną vienmatės sukimosi vibracijos vienetą prie elektrono arba pozitrono, kuris turi tik vieną nesubalansuotą vienmačio sukimosi poslinkio vienetą. Kadangi efektyvusis elektrono sukinys yra neigiamas, jis įgauna neigiamą* krūvį. Kaip teigiama subatominių dalelių aprašyme 1 tome, kiekvienas neįkrautas elektronas turi du laisvus matmenis; tai yra skaliariniai matavimai, kurioje nėra efektyvaus sukimosi. Taip pat anksčiau matėme, kad pagrindiniai materijos vienetai – atomai ir dalelės – geba orientuotis pagal juos supančią aplinką; tai yra, jie priima orientacijas, atitinkančias aplinkoje veikiančias jėgas. Kai elektronas sukuriamas laisvoje erdvėje, pavyzdžiui, iš kosminių spindulių, jis išvengia apribojimų, kuriuos sukelia jo erdvinis poslinkis (pvz., nesugebėjimas judėti erdvėje), orientuodamasis taip, kad vienas iš laisvų matmenų sutampa su erdvės matmeniu. atskaitos rėmas. Tada jis gali neribotą laiką užimti fiksuotą padėtį natūralioje atskaitos sistemoje. Nejudančio erdvinio atskaitos rėmo kontekste šis neįkrautas elektronas, kaip ir fotonas, natūralaus atskaitos rėmo seka iškeliamas šviesos greičiu.

Jei elektronas patenka į naują aplinką ir pradeda veikti naujos jėgos, jis gali persiorientuoti, kad prisitaikytų prie naujos situacijos. Pavyzdžiui, patekęs į laidžią medžiagą, jis susiduria su aplinka, kurioje gali laisvai judėti dėl to, kad judėjimo, sudarančio materiją, deriniuose greičio poslinkis pirmiausia vyksta laike, o ryšys tarp erdvinio poslinkio. elektrono ir atomo laikinasis poslinkis yra judėjimas. Be to, tokį perorientavimą skatina aplinkos veiksniai; tai yra, jie teikia pirmenybę greičio didinimui virš vienybės didelės spartos aplinkoje ir mažėjimui mažo greičio aplinkoje. Vadinasi, elektronas perorientuoja aktyvųjį poslinkį atskaitos rėmo matmenyje. Tai yra erdvinė arba laiko atskaitos sistema, priklausomai nuo to, ar greitis yra didesnis, ar mažesnis už vienybę, tačiau abu kadrai yra lygiagrečiai. Tiesą sakant, tai yra du vienos sistemos segmentai, nes jie reiškia tą patį vienmatį judėjimą dviejuose skirtinguose greičio regionuose.

Jei greitis didesnis nei vienas, atvaizdavimas kintamo dydžioįvyksta laiko koordinačių sistemoje, o fiksuota padėtis natūralioje atskaitos sistemoje atsiranda erdvinėje koordinačių sistemoje kaip elektronų judėjimas (elektros srovė) šviesos greičiu. Jei greitis yra mažesnis nei vienas, vaizdiniai pakeičiami atvirkščiai. Iš to neišplaukia, kad elektronų judėjimas išilgai laidininko vyksta tokiu greičiu. Šiuo atžvilgiu elektronų surinkimas yra panašus į dujų surinkimą. Atskiri elektronai juda dideliu greičiu, bet atsitiktinėmis kryptimis. Tik susidaręs perteklinis judėjimas srovės tekėjimo kryptimi, paprastai vadinamas elektronų dreifas, veikia kaip nekryptinis judėjimas.

„Elektroninių dujų“ idėja paprastai priimama šiuolaikinė fizika, tačiau manoma, kad „ paprasta teorija Išsamiau išnagrinėjus kyla didesnių sunkumų. Kaip pažymėta, vyrauja prielaida, kad elektronų dujų, išgautų iš atominių struktūrų, elektronai susiduria su daugybe problemų. Taip pat yra tiesioginis prieštaravimas su specifinėmis šilumos vertėmis. „Buvo tikimasi, kad elektronų dujos pridės papildomus 3/2 R prie specifinės metalų šilumos“, tačiau toks specifinės šilumos padidėjimas nebuvo eksperimentiškai aptiktas.

Judesio visatos teorija siūlo atsakymus į abi šias problemas. Elektronai, kurių judėjimas sudaro elektros srovę, nėra pašalinami iš atomų ir jiems netaikomi su jų kilme susiję apribojimai. Atsakymas į specifinę šilumos problemą slypi elektronų judėjimo prigimtyje. Neįkrautų elektronų (erdvės vienetų) judėjimas laidininko materijoje prilygsta materijos judėjimui plėtinių erdvėje. Tam tikroje temperatūroje medžiagos atomai turi tam tikrą greitį erdvės atžvilgiu. Nesvarbu, ar tai tęstinė, ar elektroninė erdvė. Judėjimas elektroninėje erdvėje (elektronų judėjimas) yra temperatūros judėjimo dalis, o specifinė šiluma dėl šio judėjimo yra specifinės atomo šilumos dalis, o ne kažkas atskiro.

Jei elektronų perorientavimas įvyksta reaguojant į aplinkos veiksnius, jis negali atsispirti su tais veiksniais susijusioms jėgoms. Todėl neįkrautoje būsenoje elektronai negali išeiti iš laidininko. Vienintelė aktyvi neįkrauto elektrono savybė yra erdvinis poslinkis, o šios erdvės ir plėtinių erdvės santykis nėra judėjimas. Sukamieji judesiai (atomo ar dalelės) ir dėl to atsirandantis poslinkis erdvėje (greitis didesnis nei vienas) gali judėti tik laike, kaip minėta anksčiau. Sukamųjų judesių derinys, atsirandantis dėl poslinkio laike (greitis mažesnis nei vienas), gali judėti tik erdvėje, nes judėjimas yra erdvės ir laiko ryšys. Tačiau greičio vienetas (natūralus nulis arba pradinis lygis) yra erdvės ir laiko vienybė. Iš to išplaukia, kad judesių, kurių grynasis greičio poslinkis lygus nuliui, derinys gali judėti tiek laike, tiek erdvėje. Įgyjant neigiamo* krūvio vienetą (tiesą sakant, teigiamo pobūdžio) elektronui, kuris, būdamas neįkrautas, turi neigiamo poslinkio vienetą, susidaręs greičio poslinkis sumažinamas iki nulio ir elektronas gali laisvai judėti erdvėje arba laiko.

Norint sukurti įkrautus elektronus laidininke, reikia tik perduoti pakankamai energijos neįkrautam elektronui, kad esama dalelės kinetinė energija atitiktų vienetinio krūvio ekvivalentą. Jei elektronas projektuojamas į erdvę, papildomas kiekis energijos reikia norint atitrūkti nuo kieto ar skysto paviršiaus ir įveikti aplinkinių dujų daromą slėgį. Įkrauti elektronai, kurių energija yra mažesnė už šį lygį, yra apriboti laidininku taip pat, kaip ir neįkrauti elektronai.

Energiją, reikalingą krūviui sukurti ir laidininkui išeiti, galima išmokti įvairiais būdais, kurių kiekvienas yra būdas sukurti laisvai judančius įkrautus elektronus. Patogus ir plačiai naudojamas metodas suteikia reikiamą energiją per potencialų skirtumą. Tai padidina elektronų transliacijos energiją, kol ji patenkina reikalavimą. Daugelyje programų reikalingas energijos prieaugis sumažinamas naujai įkrautus elektronus projektuojant į vakuumą, o ne reikalaujant įveikti dujų slėgį. Kuriant panaudoti katodiniai spinduliai rentgeno spinduliai, yra įkrautų elektronų srautai, projektuojami į vakuumą. Vakuumo naudojimas taip pat būdingas termioniniam įkrautų elektronų kūrimui, kai reikiama energija per šilumą patenka į neįkrautus elektronus. Fotovoltinės kūrybos metu energija sugeriama iš spinduliuotės.

Elektrono, kaip laisvai įkrauto vieneto, egzistavimas paprastai yra trumpalaikis. Iš karto po to, kai buvo sukurtas vienu energijos perdavimu ir išspinduliuotas į erdvę, jis vėl susiduria su medžiaga ir pereina į kitą energijos perdavimą, kurio metu krūvis paverčiamas šiluminė energija arba spinduliavimas, ir elektronas grįžta į neįkrautą būseną. Netoli agento, kuris sukuria įkrautus elektronus, tuo pačiu metu vyksta ir krūvių susidarymas, ir atvirkštinis procesas, paverčiantis juos kitų rūšių energija. Viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl elektronams kurti naudojamas vakuumas, yra sumažinti krūvių praradimą atvirkštinio proceso metu.

Erdvėje įkrautus elektronus galima stebėti, ty aptikti, įvairiais būdais, nes dėl krūvių juos veikia elektros jėgos. Tai leidžia kontroliuoti jų judesius ir, skirtingai nei jo sunkiai įkrautas atitikmuo, įkrautas elektronas yra stebimas subjektas, kuriuo galima manipuliuoti kuriant įvairius fizinius efektus.

Neįmanoma atskirti ir ištirti atskirų įkrautų elektronų medžiagoje, kaip tai darome erdvėje, tačiau mes galime suvokti dalelių buvimą sekdami laisvai judančių krūvių pėdsakus medžiagų agregatuose. Be ypatingų krūvių charakteristikų, įkrauti elektronai medžiagoje turi tokias pačias savybes kaip ir neįkrauti elektronai. Jie lengvai juda esant geriems laidininkams ir sunkiau – blogiems. Jie juda reaguodami į galimus skirtumus. Jie laikomi izoliatoriuose – medžiagose, kurios neturi būtinų atviri išmatavimai kad būtų galima laisvai judėti elektronams ir pan. Įkrautų elektronų aktyvumas medžiagų agregatuose ir aplink juos yra žinomas kaip statinė elektra.