Aké elektrické prúdy sú na Zemi. Elektrina

V prvom rade stojí za to zistiť, čo predstavuje elektrický prúd. Elektrina je usporiadaný pohyb nabitých častíc vo vodiči. Na jej vznik musí najskôr vzniknúť elektrické pole, pod vplyvom ktorého sa začnú pohybovať spomínané nabité častice.

Prvé informácie o elektrine, ktoré sa objavili pred mnohými storočiami, sa týkali elektrických „nábojov“ získaných trením. Už v dávnych dobách ľudia vedeli, že jantár, nosený na vlne, získava schopnosť priťahovať ľahké predmety. Ale až na konci 16. storočia anglický lekár Gilbert podrobne študoval tento jav a zistil, že mnohé iné látky majú úplne rovnaké vlastnosti. Telá schopné, ako napríklad jantár, po trení pritiahnuť ľahké predmety, nazval elektrifikovanými. Toto slovo je odvodené z gréckeho elektrónu – „jantár“. V súčasnosti hovoríme, že na telesách v tomto stave sú elektrické náboje a samotné telesá sa nazývajú „nabité“.

Elektrické náboje vznikajú vždy pri tesnom kontakte rôzne látky. Ak sú telesá pevné, potom ich tesnému kontaktu bránia mikroskopické výčnelky a nepravidelnosti, ktoré existujú na ich povrchu. Stláčaním takýchto telies a ich trením spájame ich povrchy, ktoré by sa bez tlaku dotýkali len v niekoľkých bodoch. V niektorých telesách sa elektrické náboje môžu voľne pohybovať medzi rôznymi časťami, zatiaľ čo v iných to nie je možné. V prvom prípade sa telesá nazývajú „vodiče“ a v druhom prípade „dielektrika alebo izolátory“. Všetky kovy sú vodičmi vodné roztoky soli a kyseliny atď. Príkladmi izolantov sú jantár, kremeň, ebonit a všetky plyny, ktoré sú za normálnych podmienok.

Napriek tomu je potrebné poznamenať, že rozdelenie telies na vodiče a dielektrika je veľmi ľubovoľné. Všetky látky vo väčšej či menšej miere vedú elektrický prúd. Elektrické náboje sú buď kladné alebo záporné. Tento druh prúdu nebude trvať dlho, pretože elektrifikované telo sa vybije. Pre nepretržitú existenciu elektrického prúdu vo vodiči je potrebné udržiavať elektrické pole. Na tieto účely sa používajú zdroje elektrického prúdu. Najjednoduchší prípad výskytu elektrického prúdu je, keď je jeden koniec drôtu pripojený k elektrifikovanému telu a druhý k zemi.

Elektrické obvody dodávajúce prúd do žiaroviek a elektromotorov sa objavili až po vynáleze batérií, ktorý sa datuje okolo roku 1800. Potom vývoj doktríny elektriny išiel tak rýchlo, že za menej ako storočie sa stala nielen súčasťou fyziky, ale vytvorila základ novej elektrickej civilizácie.

Hlavné množstvá elektrického prúdu

Množstvo elektriny a sila prúdu. Účinky elektrického prúdu môžu byť silné alebo slabé. Sila elektrického prúdu závisí od množstva náboja, ktorý pretečie obvodom za určitú jednotku času. Čím viac elektrónov sa presunulo z jedného pólu zdroja na druhý, tým väčší bol celkový náboj, ktorý elektróny nesú. Tento celkový náboj sa nazýva množstvo elektriny prechádzajúcej vodičom.

Chemický účinok elektrického prúdu závisí najmä od množstva elektriny, t.j. čím viac náboja prejde cez roztok elektrolytu, tým viac látky sa usadzuje na katóde a anóde. V tomto ohľade je možné množstvo elektriny vypočítať vážením hmotnosti látky nanesenej na elektróde a poznaním hmotnosti a náboja jedného iónu tejto látky.

Intenzita prúdu je veličina, ktorá sa rovná pomeru elektrického náboja, ktorý prešiel prierezom vodiča, k času jeho toku. Jednotkou náboja je coulomb (C), čas sa meria v sekundách (s). V tomto prípade je jednotka sily prúdu vyjadrená v C/s. Táto jednotka sa nazýva ampér (A). Na meranie sily prúdu v obvode sa používa elektrické meracie zariadenie nazývané ampérmeter. Pre zaradenie do obvodu je ampérmeter vybavený dvoma svorkami. Je súčasťou obvodu v sérii.

elektrické napätie. Už vieme, že elektrický prúd je usporiadaný pohyb nabitých častíc – elektrónov. Tento pohyb vzniká pomocou elektrického poľa, ktoré vykoná určitú prácu. Tento jav sa nazýva práca elektrického prúdu. Aby sa väčší náboj presunul elektrickým obvodom za 1 s, musí pôsobiť elektrické pole dobrá práca. Na základe toho sa ukazuje, že práca elektrického prúdu by mala závisieť od sily prúdu. Existuje však ďalšia hodnota, od ktorej závisí práca prúdu. Táto hodnota sa nazýva napätie.

Napätie je pomer práce prúdu v určitom úseku elektrického obvodu k náboju pretekajúcemu tou istou časťou obvodu. Prúdová práca sa meria v jouloch (J), náboj sa meria v príveskoch (C). V tomto ohľade bude jednotka merania napätia 1 J / C. Táto jednotka sa nazýva volt (V).

Aby sa v elektrickom obvode objavilo napätie, je potrebný zdroj prúdu. V otvorenom okruhu je napätie prítomné iba na svorkách zdroja prúdu. Ak je tento zdroj prúdu zahrnutý v obvode, napätie sa objaví aj v určitých častiach obvodu. V tomto ohľade bude v obvode tiež prúd. To znamená, že stručne môžeme povedať nasledovné: ak v obvode nie je žiadne napätie, nie je tam žiadny prúd. Na meranie napätia sa používa elektrické meracie zariadenie nazývané voltmeter. Jeho vzhľad pripomína skôr spomínaný ampérmeter, len s tým rozdielom, že na stupnici voltmetra je písmeno V (namiesto A na ampérmetri). Voltmeter má dve svorky, pomocou ktorých je paralelne zapojený do elektrického obvodu.

Elektrický odpor. Po pripojení všetkých druhov vodičov a ampérmetra k elektrickému obvodu si môžete všimnúť, že pri použití rôznych vodičov dáva ampérmeter rôzne hodnoty, to znamená, že v tomto prípade je sila prúdu dostupná v elektrickom obvode iná. Tento jav možno vysvetliť tým, že rôzne vodiče majú rôzny elektrický odpor, čo je fyzikálna veličina. Na počesť nemeckého fyzika dostala meno Ohm. Vo fyzike sa spravidla používajú väčšie jednotky: kiloohm, megaohm atď. Odpor vodiča sa zvyčajne označuje písmenom R, dĺžka vodiča je L, plocha prierezu je S. V tomto prípade môže byť odpor napísané ako vzorec:

R = R* L/S

kde koeficient p sa nazýva rezistivita. Tento koeficient vyjadruje odpor vodiča dlhého 1 m s plochou prierezu rovnajúcou sa 1 m2. Odpor je vyjadrený v Ohm x m. Pretože drôty majú spravidla pomerne malý prierez, ich plochy sú zvyčajne vyjadrené v štvorcových milimetroch. V tomto prípade bude jednotka odporu Ohm x mm2/m. V tabuľke nižšie. 1 je znázornený odpor niektorých materiálov.

Podľa tabuľky. 1 je zrejmé, že meď má najmenší elektrický odpor a zliatina kovov najväčší. Okrem toho majú dielektrika (izolátory) vysoký odpor.

Elektrická kapacita. Už vieme, že dva vodiče izolované od seba môžu akumulovať elektrický náboj. Tento jav je charakterizovaný fyzikálnou veličinou, ktorá sa nazýva elektrická kapacita. Elektrická kapacita dvoch vodičov nie je nič iné ako pomer náboja jedného z nich k potenciálnemu rozdielu medzi týmto vodičom a susedným vodičom. Čím nižšie je napätie, keď sú vodiče nabité, tým väčšia je ich kapacita. Farad (F) sa berie ako jednotka elektrickej kapacity. V praxi sa používajú frakcie tejto jednotky: mikrofarad (µF) a pikofarad (pF).

Ak vezmete dva vodiče izolované od seba, umiestnite ich v malej vzdialenosti od seba, dostanete kondenzátor. Kapacita kondenzátora závisí od hrúbky jeho dosiek a hrúbky dielektrika a jeho priepustnosti. Znížením hrúbky dielektrika medzi doskami kondenzátora je možné značne zvýšiť kapacitu kondenzátora. Na všetkých kondenzátoroch musí byť okrem ich kapacity uvedené aj napätie, na ktoré sú tieto zariadenia určené.

Práca a sila elektrického prúdu. Z vyššie uvedeného je zrejmé, že elektrický prúd vykonáva určitú prácu. Keď sú elektromotory pripojené, elektrický prúd sfunkční všetky druhy zariadení, pohybuje vlakmi po koľajniciach, osvetľuje ulice, vykuruje dom a tiež vytvára chemický efekt, to znamená, že umožňuje elektrolýzu atď. práca prúdu v určitej časti obvodu sa rovná prúdu produktu, napätiu a času, počas ktorého bola práca vykonaná. Práca sa meria v jouloch, napätie vo voltoch, prúd v ampéroch a čas v sekundách. V tomto ohľade 1 J = 1V x 1A x 1s. Z toho vyplýva, že na meranie práce elektrického prúdu by sa mali použiť tri zariadenia naraz: ampérmeter, voltmeter a hodiny. Ale to je ťažkopádne a neefektívne. Preto sa zvyčajne práca elektrického prúdu meria elektromermi. Zariadenie tohto zariadenia obsahuje všetky vyššie uvedené zariadenia.

Výkon elektrického prúdu sa rovná pomeru práce prúdu k času, počas ktorého bol vykonaný. Výkon sa označuje písmenom „P“ a vyjadruje sa vo wattoch (W). V praxi sa používajú kilowatty, megawatty, hektowatty atď.. Aby ste mohli merať výkon obvodu, musíte si vziať wattmeter. Elektrická práca sa vyjadruje v kilowatthodinách (kWh).

Základné zákony elektrického prúdu

Ohmov zákon. Napätie a prúd sa považujú za najvýhodnejšie charakteristiky elektrických obvodov. Jednou z hlavných čŕt využívania elektriny je rýchla preprava energie z jedného miesta na druhé a jej prenos k spotrebiteľovi v požadovanej forme. Súčin potenciálneho rozdielu a sily prúdu dáva výkon, t.j. množstvo energie vydanej v obvode za jednotku času. Ako je uvedené vyššie, na meranie výkonu v elektrickom obvode by boli potrebné 3 zariadenia. Je možné urobiť s jedným a vypočítať výkon z jeho údajov a niektorých charakteristík obvodu, ako je jeho odpor? Mnohým sa tento nápad páčil, považovali ho za plodný.

Aký je teda odpor drôtu alebo obvodu ako celku? Má drôt, podobne ako vodovodné potrubie alebo potrubie vo vákuovom systéme, stálu vlastnosť, ktorú možno nazvať odporom? Napríklad v potrubiach je pomer tlakového rozdielu vytvárajúceho prietok delený prietokom zvyčajne konštantnou charakteristikou potrubia. Rovnakým spôsobom tepelný tok v drôte podlieha jednoduchému vzťahu, ktorý zahŕňa teplotný rozdiel, plochu prierezu drôtu a jeho dĺžku. Objav takéhoto vzťahu pre elektrické obvody bol výsledkom úspešného hľadania.

V 20. rokoch 19. storočia nem školský učiteľ Georg Ohm bol prvý, kto začal hľadať vyššie uvedený pomer. V prvom rade túžil po sláve a sláve, ktorá by mu umožnila vyučovať na univerzite. To bol jediný dôvod, prečo si vybral študijný odbor, ktorý ponúkal osobitné výhody.

Om bol synom zámočníka, takže vedel kresliť kovový drôt rôznej hrúbky, ktorý potreboval na pokusy. Keďže v tých časoch nebolo možné kúpiť vhodný drôt, Om ho vyrobil vlastnými rukami. Počas experimentov skúšal rôzne dĺžky, rôzne hrúbky, rôzne kovy a dokonca aj rôzne teploty. Všetky tieto faktory striedavo menil. V Ohmových časoch boli batérie stále slabé a poskytovali prúd rôznej veľkosti. V tejto súvislosti výskumník použil ako generátor termočlánok, ktorého horúci spoj bol umiestnený do plameňa. Okrem toho použil hrubý magnetický ampérmeter a meral potenciálne rozdiely (Ohm ich nazýval „napätia“) zmenou teploty alebo počtu tepelných spojov.

Doktrína elektrických obvodov práve dostala svoj vývoj. Po vynájdení batérií okolo roku 1800 sa začala vyvíjať oveľa rýchlejšie. Boli navrhnuté a vyrobené rôzne zariadenia (často ručne), objavené nové zákony, pojmy a pojmy atď. To všetko viedlo k hlbšiemu pochopeniu elektrické javy a faktory.

Aktualizácia poznatkov o elektrine na jednej strane spôsobila vznik novej oblasti fyziky, na druhej strane bola základom pre prudký rozvoj elektrotechniky, t.j. batérií, generátorov, napájacích systémov osvetlenia a elektrického pohonu. boli vynájdené elektrické pece, elektromotory atď., iné.

Ohmove objavy mali veľký význam ako pre rozvoj teórie elektriny, tak aj pre rozvoj aplikovanej elektrotechniky. Uľahčili predpovedanie vlastností elektrických obvodov pre jednosmerný prúd, neskôr pre striedavý prúd. V roku 1826 vydal Ohm knihu, v ktorej načrtol teoretické závery a experimentálne výsledky. Ale jeho nádeje neboli opodstatnené, kniha sa stretla s výsmechom. Stalo sa to preto, lebo metóda hrubého experimentovania sa zdala málo atraktívna v dobe, keď mnohí ľudia milovali filozofiu.

Omu nemal inú možnosť, ako opustiť svoju pozíciu učiteľa. Z rovnakého dôvodu nedosiahol menovanie na univerzite. Vedec žil 6 rokov v chudobe, bez dôvery v budúcnosť, zažívajúc pocit trpkého sklamania.

Postupne však jeho diela získali slávu najskôr mimo Nemecka. Om bol v zahraničí rešpektovaný, jeho výskumy sa využívali. V tomto ohľade boli krajania nútení uznať ho vo svojej vlasti. V roku 1849 získal profesúru na univerzite v Mníchove.

Ohm objavil jednoduchý zákon, ktorý stanovuje vzťah medzi prúdom a napätím pre kus drôtu (pre časť obvodu, pre celý obvod). Okrem toho vytvoril pravidlá, ktoré vám umožňujú určiť, čo sa zmení, ak si vezmete drôt inej veľkosti. Ohmov zákon je formulovaný nasledovne: sila prúdu v časti obvodu je priamo úmerná napätiu v tejto časti a nepriamo úmerná odporu časti.

Joule-Lenzov zákon. Elektrický prúd v ktorejkoľvek časti obvodu vykonáva určitú prácu. Zoberme si napríklad nejaký úsek obvodu, medzi ktorého koncami je napätie (U). Podľa definície elektrického napätia sa práca vykonaná pri pohybe jednotky náboja medzi dvoma bodmi rovná U. Ak je sila prúdu v danej časti obvodu i, potom náboj, ktorý prejde za čas t, a preto práca elektrického prúdu v tejto časti bude:

A = Uit

Tento výraz v každom prípade platí pre jednosmerný prúd, pre akúkoľvek časť obvodu, ktorá môže obsahovať vodiče, elektromotory atď. Prúdový výkon, t. j. práca za jednotku času, sa rovná:

P \u003d A / t \u003d Ui

Tento vzorec sa používa v sústave SI na určenie jednotky napätia.

Predpokladajme, že úsek obvodu je pevný vodič. V tomto prípade sa všetka práca zmení na teplo, ktoré sa v tomto vodiči uvoľní. Ak je vodič homogénny a dodržiava Ohmov zákon (to zahŕňa všetky kovy a elektrolyty), potom:

U=ir

kde r je odpor vodiča. V tomto prípade:

A = rt2i

Tento zákon prvýkrát empiricky odvodil E. Lenz a nezávisle od neho Joule.

Treba poznamenať, že zahrievanie vodičov nachádza početné aplikácie v strojárstve. Najbežnejšie a najdôležitejšie z nich sú žiarovky.

Zákon elektromagnetickej indukcie. V prvej polovici 19. storočia objavil anglický fyzik M. Faraday fenomén magnetickej indukcie. Táto skutočnosť, ktorá sa stala majetkom mnohých výskumníkov, dala silný impulz rozvoju elektrotechniky a rádiového inžinierstva.

Faraday v priebehu experimentov zistil, že pri zmene počtu magnetických indukčných čiar prenikajúcich povrchom ohraničeným uzavretou slučkou v ňom vzniká elektrický prúd. To je základ azda najdôležitejšieho zákona fyziky – zákona elektromagnetickej indukcie. Prúd, ktorý sa vyskytuje v obvode, sa nazýva indukčný. Vzhľadom na to, že elektrický prúd sa v obvode vyskytuje iba v prípade vonkajších síl pôsobiacich na voľné náboje, potom s meniacim sa magnetickým tokom prechádzajúcim po povrchu uzavretého obvodu sa v ňom objavujú rovnaké vonkajšie sily. Pôsobenie vonkajších síl sa vo fyzike nazýva elektromotorická sila alebo indukčná EMF.

Elektromagnetická indukcia sa objavuje aj v otvorených vodičoch. Keď vodič pretína magnetický siločiary, na jeho koncoch vzniká napätie. Dôvodom vzniku takéhoto napätia je indukčný EMF. Ak sa magnetický tok prechádzajúci uzavretým obvodom nezmení, indukčný prúd sa neobjaví.

Použitím konceptu „EMF indukcie“ možno hovoriť o zákone elektromagnetickej indukcie, t.j. EMF indukcie v uzavretej slučke sa v absolútnej hodnote rovná rýchlosti zmeny magnetického toku cez povrch ohraničený slučka.

Lenzove pravidlo. Ako už vieme, vo vodiči vzniká indukčný prúd. V závislosti od podmienok jeho vzhľadu má iný smer. Pri tejto príležitosti sformuloval ruský fyzik Lenz ďalšie pravidlo: indukčný prúd, ktorý sa vyskytuje v uzavretom okruhu, má vždy taký smer, že magnetické pole, ktoré vytvára, neumožňuje zmenu magnetického toku. To všetko spôsobuje vzhľad indukčného prúdu.

Indukčný prúd, ako každý iný, má energiu. To znamená, že v prípade indukčného prúdu sa objaví elektrická energia. Podľa zákona zachovania a premeny energie môže vyššie uvedená energia vzniknúť len vďaka množstvu energie nejakého iného druhu energie. Lenzovo pravidlo teda plne zodpovedá zákonu zachovania a premeny energie.

Okrem indukcie sa v cievke môže objaviť aj takzvaná samoindukcia. Jeho podstata je nasledovná. Ak sa v cievke objaví prúd alebo sa zmení jeho sila, objaví sa meniace sa magnetické pole. A ak sa magnetický tok prechádzajúci cievkou zmení, tak v nej vzniká elektromotorická sila, ktorá sa nazýva Samoindukcia EMF.

Podľa Lenzovho pravidla EMF samoindukcie pri zatvorenom okruhu zasahuje do sily prúdu a neumožňuje jej zvýšenie. Keď je obvod EMF vypnutý, samoindukcia znižuje silu prúdu. V prípade, že sila prúdu v cievke dosiahne určitú hodnotu, magnetické pole sa prestane meniť a samoindukčné EMF sa stane nulovým.

Riadený (usporiadaný) pohyb častíc, nosičov elektrického náboja, v elektromagnetickom poli.

V čom je elektrický prúd rôzne látky? Zoberme si pohyblivé častice:

• v kovoch - elektróny,
• v elektrolytoch - ióny (katióny a anióny),
• v plynoch - ióny a elektróny,
• vo vákuu za určitých podmienok - elektróny,
• v polovodičoch - diery (elektrón-dierová vodivosť).

Niekedy sa elektrický prúd nazýva aj posuvný prúd, ktorý je výsledkom zmeny elektrického poľa v priebehu času.

Elektrický prúd sa prejavuje takto:

• ohrieva vodiče (v supravodičoch jav nepozorujeme);
• mení chemické zloženie vodiča (tento jav je primárne charakteristický pre elektrolyty);
• vytvára magnetické pole (prejavuje sa vo všetkých vodičoch bez výnimky).

Ak sa nabité častice pohybujú vo vnútri makroskopických telies vzhľadom na určité médium, potom sa takýto prúd nazýva elektrický ""vodivý prúd"". Ak sa makroskopické nabité telesá pohybujú (napríklad nabité dažďové kvapky), potom sa tento prúd nazýva „konvekcia“.

Prúdy sa delia na jednosmerné a striedavé. Existujú aj rôzne druhy striedavého prúdu. Pri definovaní typov prúdu sa vynecháva slovo "elektrický".

• D.C- prúd, ktorého smer a veľkosť sa s časom nemení. Môže byť pulzujúca, ako napr. usmernená premenná, ktorá je jednosmerná.
• Striedavý prúd je elektrický prúd, ktorý sa mení s časom. Striedavý prúd je akýkoľvek prúd, ktorý nie je jednosmerný.
• Periodický prúd- elektrický prúd, ktorého okamžité hodnoty sa opakujú v pravidelných intervaloch v nezmenenom poradí.
• Sínusový prúd- periodický elektrický prúd, ktorý je sínusovou funkciou času. Medzi striedavými prúdmi je hlavný prúd, ktorého hodnota sa mení podľa sínusového zákona. Akýkoľvek periodický nesínusový prúd môže byť reprezentovaný ako kombinácia sínusových harmonických zložiek (harmonických) so zodpovedajúcimi amplitúdami, frekvenciami a počiatočnými fázami. V tomto prípade sa elektrostatický potenciál každého konca vodiča mení vzhľadom na potenciál druhého konca vodiča striedavo z kladného na záporný a naopak, pričom prechádza cez všetky stredné potenciály (vrátane nulového potenciálu). V dôsledku toho vzniká prúd, ktorý neustále mení smer: pri pohybe jedným smerom sa zvyšuje, dosahuje maximum, nazývané hodnota amplitúdy, potom klesá, v určitom bode sa stáva nulou, potom sa opäť zvyšuje, ale v druhom smere a tiež dosiahne maximálnu hodnotu , spadne, aby potom opäť prešiel cez nulu, po ktorej sa cyklus všetkých zmien obnoví.
• Kvázistacionárny prúd- relatívne pomaly sa meniaci striedavý prúd, pre ktorého okamžité hodnoty sú s dostatočnou presnosťou splnené zákony jednosmerného prúdu. Týmito zákonmi sú Ohmov zákon, Kirchhoffove pravidlá a iné. Kvázistacionárny prúd, rovnako ako jednosmerný prúd, má rovnakú silu prúdu vo všetkých častiach nerozvetveného obvodu. Pri výpočte kvázistacionárnych prúdových obvodov v dôsledku vznikajúcej e. d.s. kapacitné a indukčné indukcie sa berú do úvahy ako sústredené parametre. Kvázistacionárne sú obyčajné priemyselné prúdy, okrem prúdov v diaľkových prenosových vedeniach, v ktorých nie je splnená podmienka kvázistacionárnosti pozdĺž vedenia.
• vysokofrekvenčný prúd- striedavý prúd (počnúc od frekvencie približne desiatok kHz), pre ktorý sa stávajú významnými také javy, ktoré sú buď užitočné, určujúce jeho použitie, alebo škodlivé, proti ktorým sa prijímajú potrebné opatrenia, ako je žiarenie elektromagnetické vlny a kožný efekt. Okrem toho, ak sa vlnová dĺžka žiarenia striedavého prúdu stane porovnateľnou s rozmermi prvkov elektrického obvodu, potom je narušená podmienka kvázistacionárnosti, čo si vyžaduje špeciálne prístupy k výpočtu a návrhu takýchto obvodov.
• Zvlnený prúd je periodický elektrický prúd, ktorého priemerná hodnota za dané obdobie je iná ako nula.
• Jednosmerný prúd je elektrický prúd, ktorý nemení svoj smer.

Vírivé prúdy

Vírivé prúdy (alebo Foucaultove prúdy) sú uzavreté elektrické prúdy v masívnom vodiči, ktoré vznikajú pri zmene magnetického toku, ktorý ním preniká, preto sú vírivé prúdy indukované prúdy. Čím rýchlejšie sa mení magnetický tok, tým silnejšie sú vírivé prúdy. Vírivé prúdy nepretekajú pozdĺž určitých dráh v drôtoch, ale po uzavretí vodiča vytvárajú vírovité obrysy.

Existencia vírivých prúdov vedie ku skin efektu, teda k tomu, že striedavý elektrický prúd a magnetický tok sa šíria najmä v povrchovej vrstve vodiča. Ohrev vodičov vírivými prúdmi vedie k energetickým stratám, najmä v jadrách striedavých cievok. Na zníženie energetických strát spôsobených vírivými prúdmi sú striedavé magnetické obvody rozdelené na samostatné dosky, navzájom izolované a umiestnené kolmo na smer vírivých prúdov, čo obmedzuje možné obrysy ich dráh a výrazne znižuje veľkosť týchto prúdov. . Pri veľmi vysokých frekvenciách sa namiesto feromagnetík používajú magnetodielektriká pre magnetické obvody, v ktorých kvôli veľmi vysokému odporu vírivé prúdy prakticky nevznikajú.

Charakteristika

Historicky sa uznáva, že """smer prúdu""" sa zhoduje so smerom pohybu kladných nábojov vo vodiči. V tomto prípade, ak sú jedinými nosičmi prúdu záporne nabité častice (napríklad elektróny v kove), potom je smer prúdu opačný ako smer pohybu nabitých častíc.

Driftová rýchlosť elektrónov

Rýchlosť driftu riadeného pohybu častíc vo vodičoch spôsobená vonkajším poľom závisí od materiálu vodiča, hmotnosti a náboja častíc, okolitej teploty, aplikovaného rozdielu potenciálu a je oveľa menšia ako rýchlosť svetla. . Za 1 sekundu sa elektróny vo vodiči posunú usporiadaným pohybom o menej ako 0,1 mm. Napriek tomu sa rýchlosť šírenia skutočného elektrického prúdu rovná rýchlosti svetla (rýchlosť šírenia čela elektromagnetickej vlny). To znamená, že miesto, kde elektróny menia svoju rýchlosť pohybu po zmene napätia, sa pohybuje s rýchlosťou šírenia elektromagnetické oscilácie.

Sila a hustota prúdu

Elektrický prúd má kvantitatívne charakteristiky: skalárny - prúdová sila a vektor - prúdová hustota.

Silový prúd a je fyzikálna veličina, rovný pomeru výšku poplatku

Na nejaký čas preč

cez prierez vodiča, na hodnotu tohto časového intervalu.

Prúdová sila v SI sa meria v ampéroch (medzinárodné a ruské označenie: A).

Podľa Ohmovho zákona prúd

v sekcii obvodu je priamo úmerná elektrickému napätiu

Aplikuje sa na túto časť obvodu a je nepriamo úmerná jeho odporu

Ak elektrický prúd nie je v sekcii obvodu konštantný, potom sa intenzita napätia a prúdu neustále mení, zatiaľ čo pre obyčajný striedavý prúd sú priemerné hodnoty intenzity napätia a prúdu rovné nule. Priemerný výkon uvoľneného tepla sa však v tomto prípade nerovná nule.

Preto sa používajú nasledujúce výrazy:

• okamžité napätie a prúd, teda pôsobiace v tento momentčas.
• špičkové napätie a prúd, teda maximálne absolútne hodnoty
• efektívne (efektívne) napätie a prúdová sila sú určené tepelným účinkom prúdu, to znamená, že majú rovnaké hodnoty, aké majú pre jednosmerný prúd s rovnakým tepelným účinkom.

súčasná hustota- vektor, ktorého absolútna hodnota sa rovná pomeru prúdu pretekajúceho určitým úsekom vodiča, kolmo na smer prúdu do oblasti tejto sekcie a smer vektora sa zhoduje so smerom pohybu kladných nábojov, ktoré tvoria prúd.

Podľa Ohmovho zákona v diferenciálnu formu stredná prúdová hustota

úmerné sile elektrického poľa

a vodivosť média

Moc

V prítomnosti prúdu vo vodiči sa pracuje proti silám odporu. Elektrický odpor akéhokoľvek vodiča pozostáva z dvoch zložiek:

• aktívny odpor - odolnosť voči tvorbe tepla;
• reaktancia - odpor v dôsledku prenosu energie do elektrického alebo magnetického poľa (a naopak).

Vo všeobecnosti sa väčšina práce vykonanej elektrickým prúdom uvoľňuje ako teplo. Sila tepelnej straty je hodnota rovnajúca sa množstvu tepla uvoľneného za jednotku času. Podľa Joule-Lenzovho zákona je sila tepelných strát vo vodiči úmerná sile pretekajúceho prúdu a použitému napätiu:

Výkon sa meria vo wattoch.

IN kontinuum objemová strata výkonu

je určený skalárnym súčinom vektora prúdovej hustoty

a vektor intenzity elektrického poľa

v tomto bode:

Objemový výkon sa meria vo wattoch na meter kubický.

Odolnosť voči žiareniu je spôsobená tvorbou elektromagnetických vĺn okolo vodiča. Tento odpor je v komplexnej závislosti od tvaru a rozmerov vodiča, od vlnovej dĺžky vyžarovanej vlny. Pre jeden priamočiary vodič, v ktorom má prúd všade rovnaký smer a silu a ktorého dĺžka L je oveľa menšia ako dĺžka ním vyžarovanej elektromagnetickej vlny

Závislosť odporu od vlnovej dĺžky a vodiča je pomerne jednoduchá:

Najpoužívanejší elektrický prúd so štandardnou frekvenciou 50 "Hz" zodpovedá vlnovej dĺžke asi 6 tisíc kilometrov, preto je výkon žiarenia zvyčajne zanedbateľne malý v porovnaní s výkonom tepelných strát. So zvyšujúcou sa frekvenciou prúdu sa však dĺžka vyžarovanej vlny zmenšuje a zodpovedajúcim spôsobom sa zvyšuje aj sila žiarenia. Vodič schopný vyžarovať značnú energiu sa nazýva anténa.

Frekvencia

Frekvencia sa vzťahuje na striedavý prúd, ktorý periodicky mení silu a/alebo smer. To zahŕňa aj najbežnejšie používaný prúd, ktorý sa mení podľa sínusového zákona.

Perióda striedavého prúdu je najkratšia doba (vyjadrená v sekundách), po ktorej sa zmeny prúdu (a napätia) opakujú. Počet periód dokončených prúdom za jednotku času sa nazýva frekvencia. Frekvencia sa meria v hertzoch, jeden hertz (Hz) zodpovedá jednému cyklu za sekundu.

Predpätý prúd

Niekedy sa kvôli pohodliu zavádza pojem posuvného prúdu. V Maxwellových rovniciach je posuvný prúd prítomný pri Rovnaké práva s prúdom spôsobeným pohybom nábojov. Intenzita magnetického poľa závisí od celkového elektrického prúdu, rovná súčtu vodivý prúd a posuvný prúd. Podľa definície hustota predpätia prúdu

vektorová hodnota, úmerné rýchlosti zmeny elektrického poľa

na čas:

Faktom je, že pri zmene elektrického poľa, ako aj pri prúdení prúdu vzniká magnetické pole, vďaka ktorému sú tieto dva procesy navzájom podobné. Okrem toho je zmena elektrického poľa zvyčajne sprevádzaná prenosom energie. Napríklad pri nabíjaní a vybíjaní kondenzátora, napriek tomu, že medzi jeho doskami nedochádza k pohybu nabitých častíc, hovoria o posuvnom prúde, ktorý ním preteká, prenáša určitú energiu a zvláštnym spôsobom uzatvára elektrický obvod. Predpätý prúd

v kondenzátore je určený vzorcom:

Náboj na doskách kondenzátora,

Elektrické napätie medzi doskami,

Elektrická kapacita kondenzátora.

Výtlačný prúd nie je elektrický prúd, pretože nesúvisí s pohybom elektrického náboja.

Hlavné typy vodičov

Na rozdiel od dielektrík obsahujú vodiče voľné nosiče nekompenzovaných nábojov, ktoré sa pôsobením sily, zvyčajne rozdielu elektrických potenciálov, dajú do pohybu a vytvárajú elektrický prúd. Prúdovo-napäťová charakteristika (závislosť sily prúdu od napätia) je najdôležitejšou charakteristikou vodiča. Pre kovové vodiče a elektrolyty má najjednoduchšia forma: prúd je priamo úmerný napätiu (ohmov zákon).

Kovy - tu sú nositeľmi prúdu vodivé elektróny, ktoré sa zvyčajne považujú za elektrónový plyn, čo jasne ukazuje kvantové vlastnosti degenerovaný plyn.

Plazma je ionizovaný plyn. Elektrický náboj nesú ióny (kladné a záporné) a voľné elektróny, ktoré vznikajú pod vplyvom žiarenia (ultrafialové, röntgenové a iné) a (alebo) zahrievania.

Elektrolyty sú kvapalné alebo pevné látky a systémy, v ktorých sú ióny prítomné v akejkoľvek viditeľnej koncentrácii, čo spôsobuje prechod elektrického prúdu. V procese vznikajú ióny elektrolytická disociácia. Pri zahrievaní sa odpor elektrolytov znižuje v dôsledku zvýšenia počtu molekúl rozložených na ióny. V dôsledku prechodu prúdu cez elektrolyt sa ióny približujú k elektródam a sú neutralizované a usadzujú sa na nich. Faradayove zákony elektrolýzy určujú hmotnosť látky uvoľnenej na elektródach.

Vo vákuu existuje aj elektrický prúd elektrónov, ktorý sa používa v katódových zariadeniach.

Elektrické prúdy v prírode

Atmosférická elektrina je elektrina, ktorá je obsiahnutá vo vzduchu. Benjamin Franklin prvýkrát ukázal prítomnosť elektriny vo vzduchu a vysvetlil príčinu hromov a bleskov.

Neskôr sa zistilo, že elektrina sa hromadí pri kondenzácii pár v horné vrstvy atmosféra a sú uvedené nasledujúce zákony, ktorými sa riadi atmosférická elektrina:

• pri jasnej oblohe, ako aj pri zatiahnutej oblohe je elektrina atmosféry vždy pozitívna, ak v určitej vzdialenosti od pozorovacieho bodu neprší, krupobitie alebo sneh;
• elektrické napätie oblakov je dostatočne silné na to, aby sa uvoľnilo životné prostredie len vtedy, keď sa výpary mrakov skondenzujú na dažďové kvapky, o čom svedčí skutočnosť, že na mieste pozorovania nie sú žiadne výboje blesku bez dažďa, snehu alebo krupobitia, s výnimkou spätného úderu blesku;
• atmosférická elektrina sa zvyšuje so zvyšujúcou sa vlhkosťou a dosahuje maximum pri daždi, krupobití a snehu;
• miesto, kde prší, je zásobárňou pozitívnej elektriny, obklopenej pásom negatívnej elektriny, ktorá je zase uzavretá v páse pozitívnej. Na hraniciach týchto pásov je napätie nulové.

Pohyb iónov pri pôsobení síl elektrického poľa vytvára vertikálny vodivý prúd v atmosfére s priemernou hustotou rovnajúcou sa asi (2÷3)·10 −12 A/m².

Celkový prúd tečúci na celý povrch Zeme je približne 1800 A.

Blesk je prirodzený iskrivý elektrický výboj. Bol nainštalovaný elektrický charakter polárne svetlá. Požiare svätého Elma sú prirodzeným korónovým elektrickým výbojom.

Bioprúdy - pohyb iónov a elektrónov zohráva veľmi významnú úlohu vo všetkých životných procesoch. Biopotenciál vytvorený v tomto prípade existuje tak na intracelulárnej úrovni, ako aj v oddelené časti telo a orgány. K prenosu nervových impulzov dochádza pomocou elektrochemických signálov. Niektoré živočíchy (elektrické lúče, elektrický úhor) dokážu akumulovať potenciál niekoľko stoviek voltov a využiť ho na sebaobranu.

Aplikácia

Pri štúdiu elektrického prúdu boli objavené mnohé jeho vlastnosti, ktoré umožnili nájsť jeho praktické uplatnenie v rôznych oblastiach ľudská aktivita a dokonca vytvárať nové oblasti, ktoré by boli nemožné bez existencie elektrického prúdu. Potom, čo elektrický prúd našiel praktické uplatnenie, a to z dôvodu, že elektrický prúd je možné získať rôzne cesty, v priemyselnej sfére vznikol nový pojem - elektroenergetika.

Elektrický prúd sa používa ako nosič signálov rôznej zložitosti a typov v rôznych oblastiach(telefón, rádio, diaľkové ovládanie, tlačidlo zámku dverí atď.).

V niektorých prípadoch sa objavujú nežiaduce elektrické prúdy, ako sú bludné prúdy alebo skratový prúd.

Využitie elektrického prúdu ako nosiča energie

• prijímanie mechanická energia vo všetkých druhoch elektromotorov,
• získavanie tepelnej energie vo vykurovacích zariadeniach, elektrických peciach, pri elektrickom zváraní,
• získavanie svetelnej energie v osvetľovacích a signalizačných zariadeniach,
• budenie elektromagnetických kmitov vysokej frekvencie, ultra vysoká frekvencia a rádiové vlny
• príjem zvuku,
• získavanie rôznych látok elektrolýzou, nabíjanie elektrických batérií. Tu sa elektromagnetická energia premieňa na chemickú energiu.
• vytváranie magnetického poľa (v elektromagnetoch).

Využitie elektrického prúdu v medicíne

• diagnostika - bioprúdy zdravých a chorých orgánov sú odlišné, pričom je možné určiť ochorenie, jeho príčiny a predpísať liečbu. Odvetvie fyziológie, ktoré študuje elektrické javy v tele, sa nazýva elektrofyziológia.
  • Elektroencefalografia - metóda výskumu funkčný stav mozgu.
  • Elektrokardiografia je technika na zaznamenávanie a štúdium elektrických polí počas práce srdca.
  • Elektrogastrografia je metóda na štúdium motorickej aktivity žalúdka.
  • Elektromyografia je metóda na štúdium bioelektrických potenciálov, ktoré sa vyskytujú v kostrových svaloch.
• Liečba a resuscitácia: elektrická stimulácia určitých oblastí mozgu; liečba Parkinsonovej choroby a epilepsie, tiež na elektroforézu. Kardiostimulátor, ktorý stimuluje srdcový sval impulzný prúd, používa sa pri bradykardii a iných srdcových arytmiách.

elektrická bezpečnosť

Zahŕňa opatrenia právne, sociálno-ekonomické, organizačné a technické, sanitárne a hygienické, liečebno-preventívne, rehabilitačné a iné. Pravidlá elektrickej bezpečnosti upravujú právne a technické dokumenty, regulačný a technický rámec. Znalosť základov elektrickej bezpečnosti je povinná pre personál obsluhujúci elektrické inštalácie a elektrické zariadenia. Ľudské telo je vodičom elektrického prúdu. Ľudský odpor so suchou a neporušenou pokožkou sa pohybuje od 3 do 100 kOhm.

Prúd prechádzajúci ľudským alebo zvieracím telom spôsobuje nasledujúce akcie:

• tepelné (popáleniny, zahrievanie a poškodenie krvných ciev);
• elektrolytické (rozklad krvi, porušenie fyzikálno-chemického zloženia);
• biologické (podráždenie a excitácia telesných tkanív, kŕče)
• mechanické (prasknutie krvných ciev pôsobením tlaku pary získaného zahrievaním prietokom krvi)

Hlavným faktorom určujúcim výsledok elektrického šoku je množstvo prúdu prechádzajúceho ľudským telom. Podľa bezpečnostných opatrení je elektrický prúd klasifikovaný takto:

• ""bezpečný" je prúd, ktorého dlhý prechod ľudským telom mu neubližuje a nespôsobuje žiadne pocity, jeho hodnota nepresahuje 50 μA (striedavý prúd 50 Hz) a 100 μA jednosmerný prúd;
• "Minimálne vnímateľný"" striedavý prúd je asi 0,6-1,5 mA (striedavý prúd 50 Hz) a 5-7 mA jednosmerný prúd;
• prahové "nepovolenie" je minimálny prúd takej sily, pri ktorej už človek nie je schopný silou vôle odtrhnúť ruky od časti nesúcej prúd. Pre striedavý prúd je to asi 10-15 mA, pre jednosmerný prúd - 50-80 mA;
• "Fibrilačný prah" označuje striedavý prúd (50 Hz) približne 100 mA a 300 mA jednosmerný prúd, ktorý pravdepodobne spôsobí fibriláciu srdcového svalu viac ako 0,5 s. Tento prah sa súčasne považuje za podmienečne smrteľný pre ľudí.

V Rusku v súlade s Pravidlami pre technickú prevádzku elektrických inštalácií spotrebiteľov (Nariadenie Ministerstva energetiky Ruskej federácie z 13. januára 2003 č. 6 „O schválení Pravidiel pre technickú prevádzku elektrických inštalácií z r. spotrebiteľov“) a Pravidlá ochrany práce pri prevádzke elektrických inštalácií (Nariadenie Ministerstva energetiky Ruskej federácie z 27. decembra 2000 N 163 „O schválení Medziodvetvových pravidiel ochrany práce (bezpečnostné pravidlá) pre prevádzku elektroinštalácie“) je ustanovených 5 kvalifikačných skupín pre elektrickú bezpečnosť v závislosti od kvalifikácie a dĺžky služby zamestnanca a napätia elektrických inštalácií.

Poznámky

• Baumgart K. K., Elektrický prúd.
• A.S. Kasatkin. Elektrotechnika.
• JUH. Sindejev. Elektrotechnika s elektronickými prvkami.

Elektrický prúd je usporiadaný tok negatívne nabitých elementárnych častíc - elektrónov. Elektrina potrebné na osvetlenie domov a ulíc, zabezpečenie výkonu domácich a priemyselných zariadení, pohyb mestskej a hlavnej elektrickej dopravy atď.

Elektrina

• R n - odolnosť proti zaťaženiu
• A - indikátor
• K - spínač obvodu

Aktuálne- počet nábojov, ktoré prejdú za jednotku času prierezom vodiča.

• I - sila prúdu
• q je množstvo elektriny
• t - čas

Jednotka prúdu sa nazýva ampér A podľa mena francúzskeho vedca Ampere.

1A = 103 mA = 106 uA

Hustota elektrického prúdu

elektrický prúd neodmysliteľne patrí množstvo fyzikálnych charakteristík, ktoré majú kvantitatívne hodnoty vyjadrené v určitých jednotkách. Hlavná fyzicka charakteristika elektrický prúd sú jeho silou a silou. Súčasná sila kvantifikované v ampéroch a výkon prúdu - vo wattoch. Nemenej dôležitou fyzikálnou veličinou je vektorová charakteristika elektrického prúdu, čiže prúdová hustota. Najmä koncept prúdovej hustoty sa používa pri navrhovaní elektrických vedení.

• J - hustota elektrického prúdu A / MM 2
• S - plocha prierezu
• I - prúd

Jednosmerný a striedavý prúd

Všetky elektrické zariadenia sú napájané z trvalé alebo striedavý prúd.

Elektrina, ktorého smer a hodnota sa nemenia, sa nazýva trvalé.

Elektrina, ktorej smer a hodnota sa môže meniť, sa nazýva premenných.

Vykonáva sa napájanie mnohých elektrických zariadení striedavý prúd, ktorej zmena je graficky znázornená ako sínusoida.

Použitie elektrického prúdu

S určitosťou možno konštatovať, že najväčším úspechom ľudstva je objav elektrický prúd a jeho použitie. Od elektrický prúd závisia od tepla a svetla v domoch, toku informácií z vonkajšieho sveta, komunikácie ľudí nachádzajúcich sa v rôznych častiach planéty a oveľa viac.

Moderný život je nepredstaviteľný bez širokej dostupnosti elektriny. Elektrina je prítomný absolútne vo všetkých sférach ľudskej činnosti: v priemysle a poľnohospodárstve, vo vede a vesmíre.

Elektrina je tiež konštanta každodenný život osoba. Túto všadeprítomnú distribúciu elektriny umožnili jej jedinečné vlastnosti. Elektrická energia môže byť okamžite prevedená do obrovské vzdialenosti a transformovať sa na rôzne druhy energií rôznej genézy.

Hlavní spotrebitelia elektrická energia sú priemyselné a výrobné sektory. Pomocou elektriny sa uvádzajú do činnosti rôzne mechanizmy a zariadenia, vykonávajú sa viacstupňové technologické procesy.

Nie je možné preceňovať úlohu elektriny pri zabezpečovaní prevádzky dopravy. Železničná doprava je takmer kompletne elektrifikovaná. Elektrifikácia železničnej dopravy zohrala významnú úlohu pri zabezpečovaní kapacity ciest, zvyšovaní rýchlosti presunov, znižovaní nákladov na osobnú dopravu a pri riešení problému spotreby paliva.

Prítomnosť elektriny je nevyhnutnou podmienkou pre zabezpečenie pohodlných životných podmienok pre ľudí. Všetky domáce spotrebiče: televízory, práčky, mikrovlnné rúry, vykurovacie zariadenia - našli svoje miesto v živote človeka len vďaka rozvoju elektrotechnickej výroby.

Vedúca úloha elektriny v rozvoji civilizácie je nepopierateľná. V živote ľudstva neexistuje oblasť, ktorá by sa zaobišla bez spotreby elektrickej energie a ktorej alternatívou by mohla byť svalová sila.

Usmernený pohyb nabitých častíc v elektrickom poli.

Nabité častice môžu byť elektróny alebo ióny (nabité atómy).

Atóm, ktorý stratil jeden alebo viac elektrónov, získava kladný náboj. - Anión (kladný ión).
Atóm, ktorý získal jeden alebo viac elektrónov, získava záporný náboj. - Katión (záporný ión).
Ióny sa považujú za mobilné nabité častice v kvapalinách a plynoch.

V kovoch sú nosičmi náboja voľné elektróny ako záporne nabité častice.

V polovodičoch uvažujú o pohybe (pohybe) negatívne nabitých elektrónov z jedného atómu na druhý a v dôsledku toho o pohybe medzi atómami vytvorených kladne nabitých voľných miest - dier.

vzadu smer elektrického prúdu smer pohybu kladných nábojov sa bežne predpokladá. Toto pravidlo vzniklo dávno pred štúdiom elektrónu a zachovalo sa dodnes. Podobne sa určuje intenzita elektrického poľa pre kladný testovací náboj.

Na každé jedno nabitie q v elektrickom poli intenzity E sila pôsobí F = qE, ktorý posúva náboj v smere vektora tejto sily.

Obrázok ukazuje, že vektor sily F-=-qE pôsobiace na negatívny náboj -q, je nasmerovaný v smere opačnom k ​​vektoru intenzity poľa, ako súčin vektora E na zápornú hodnotu. Preto negatívne nabité elektróny, ktoré sú nosičmi náboja v kovových vodičoch, majú v skutočnosti smer pohybu opačný k vektoru intenzity poľa a všeobecne akceptovanému smeru elektrického prúdu.

Suma poplatku Q\u003d 1 prívesok sa v čase posunul cez prierez vodiča t= 1 sekunda, určená veľkosťou prúdu ja\u003d 1 ampér z pomeru:

I = Q/t.

Aktuálny pomer ja\u003d 1 ampér vo vodiči na jeho prierezovú plochu S\u003d 1 m 2 určí aktuálnu hustotu j= 1 A/m2:

Job A\u003d 1 Joule vynaložený na prepravu náboja Q= 1 Prívesok z bodu 1 do bodu 2 určí hodnotu elektrického napätia U= 1 volt ako potenciálny rozdiel φ 1 a φ 2 medzi týmito bodmi z výpočtu:

U = A/Q = φ 1 - φ 2

Elektrický prúd môže byť priamy alebo premenlivý.

Jednosmerný prúd - elektrický prúd, ktorého smer a veľkosť sa s časom nemení.

Striedavý prúd - elektrický prúd, ktorého veľkosť a smer sa v čase menia.

Už v roku 1826 objavil nemecký fyzik Georg Ohm dôležitý zákon elektriny, ktorý určuje kvantitatívny vzťah medzi elektrickým prúdom a vlastnosťami vodiča, ktoré charakterizujú ich schopnosť odolávať elektrickému prúdu.
Tieto vlastnosti sa následne stali známymi ako elektrický odpor, označovaný písmenom R a merané v ohmoch na počesť objaviteľa.
Ohmov zákon v modernej interpretácii klasického pomeru U / R určuje veľkosť elektrického prúdu vo vodiči na základe napätia U na koncoch tohto vodiča a jeho odporu R:

Elektrický prúd vo vodičoch

Vo vodičoch sú voľné nosiče náboja, ktoré sa vplyvom sily elektrického poľa začnú pohybovať a vytvárajú elektrický prúd.

V kovových vodičoch sú nosičmi náboja voľné elektróny.
S nárastom teploty chaotický tepelný pohyb atómov bráni usmernenému pohybu elektrónov a zvyšuje sa odpor vodiča.
Keď sa ochladí a teplota má tendenciu k absolútnej nule, keď sa tepelný pohyb zastaví, odpor kovu má tendenciu k nule.

Elektrický prúd v kvapalinách (elektrolytoch) existuje ako riadený pohyb nabitých atómov (iónov), ktoré vznikajú v procese elektrolytickej disociácie.
Ióny sa pohybujú smerom k elektródam oproti nim v znamienku a sú neutralizované a usadzujú sa na nich. - Elektrolýza.
Anióny sú kladné ióny. Prechádzajú na negatívnu elektródu - katódu.
Katióny sú záporné ióny. Prechádzajú na kladnú elektródu - anódu.
Faradayove zákony elektrolýzy určujú hmotnosť látky uvoľnenej na elektródach.
Pri zahrievaní sa odpor elektrolytu znižuje v dôsledku zvýšenia počtu molekúl rozložených na ióny.

Elektrický prúd v plynoch - plazma. Elektrický náboj nesú kladné alebo záporné ióny a voľné elektróny, ktoré vznikajú pôsobením žiarenia.

Vo vákuu je elektrický prúd, ako tok elektrónov z katódy na anódu. Používa sa v katódových zariadeniach - lampách.

Elektrický prúd v polovodičoch

Polovodiče zaberajú medzipoloha medzi vodičmi a dielektrikami z hľadiska ich odporu.
Znakový rozdiel medzi polovodičmi a kovmi možno považovať za závislosť ich odpor od teploty.
S klesajúcou teplotou odpor kovov klesá, u polovodičov naopak stúpa.
Keďže teplota má tendenciu k absolútnej nule, kovy majú tendenciu stať sa supravodičmi a polovodiče majú tendenciu stať sa izolantmi.
Ide o to, že pri absolútna nula elektróny v polovodičoch budú zaneprázdnené vytváraním kovalentnej väzby medzi atómami kryštálová mriežka a v ideálnom prípade budú chýbať voľné elektróny.
Keď teplota stúpa, niektoré valenčné elektróny môžu dostať dostatok energie na to, aby sa zlomili Kovalentné väzby a v kryštáli sa objavia voľné elektróny a v miestach zlomu sa vytvoria voľné miesta, ktoré sa nazývajú diery.
Voľné miesto môže obsadiť valenčný elektrón zo susedného páru a diera sa presunie na nové miesto v kryštáli.
Keď sa voľný elektrón stretne s dierou, elektrónová väzba medzi atómami polovodiča sa obnoví a nastáva opačný proces – rekombinácia.
Páry elektrón-diera sa môže objaviť a rekombinovať, keď je polovodič osvetlený v dôsledku energie elektromagnetického žiarenia.
V neprítomnosti elektrického poľa sa elektróny a diery podieľajú na chaotickom tepelnom pohybe.
V elektrickom poli sa na usporiadanom pohybe podieľajú nielen vytvorené voľné elektróny, ale aj diery, ktoré sa považujú za kladne nabité častice. Aktuálne ja v polovodiči sa skladá z elektroniky Ja n a diera IP prúdy.

Medzi polovodiče patria také chemické prvky ako germánium, kremík, selén, telúr, arzén atď. Najbežnejším polovodičom v prírode je kremík.

Pripomienky a návrhy sú akceptované a vítané!

ELEKTRICKÉ PRÚDY

rev. zo dňa 22. októbra 2013 - ( )

Jedna vlastnosť hmoty, ktorú chcem opísať, vzniká interakciou hmoty a subatomárnej častice – elektrónu. Táto vlastnosť sa chápe ako elektrický prúd. Aj keď sa tento opis radikálne líši od moderné chápanie, čo je elektrón a akú úlohu hrá v elektrickom prúde, v skutočnosti samotný koncept možno pochopiť iba prečítaním tohto článku. Pre hlbšie pochopenie prezentovaného materiálu sa odporúča prečítať si prvý diel knihy od Dewey B. Larsona "Štruktúra fyzického vesmíru", a základ tohto článku je prevzatý z druhého zväzku tej istej série. Preto, keď vezmete druhý zväzok, tento materiál tam nájdete, ale v rozšírenejšej podobe, čo komplikuje jeho pochopenie. Cieľom tohto článku je poskytnúť všeobecné pochopenie podstaty elektrického prúdu a po zachytení podstaty pochopíte podrobnosti.

Larson si teda uvedomil, že vesmír nie je len časopriestorová štruktúra hmoty, ako sa bežne verí v konvenčnej vede. Zistil, že vesmír je pohyb, v ktorom sú priestor a čas jednoducho dva vzájomne závislé a neexistujúce aspekty pohybu a nemajú žiadny iný význam. Vesmír, v ktorom žijeme, nie je vesmírom hmoty, ale vesmírom pohybu, vesmírom, v ktorom je pohyb základnou realitou a všetky fyzikálne reality a javy, vrátane hmoty, sú jednoducho prejavy pohybu, ktorý existuje v troch dimenziách, v diskrétnych jednotkách a s dvoma vzájomne závislými aspektmi – priestorom a časom. Priestor sa nazýva materiálny sektor, čas - kozmický sektor. Samotné pohyby a ich kombinácie môžu existovať ako v priestore (pozitívny posun), tak aj v čase (negatívny posun) alebo súčasne v oboch, pričom sú jednorozmerné, dvojrozmerné alebo trojrozmerné. Navyše, jednorozmerné pohyby môžu súvisieť s elektrickými javmi, dvojrozmerné pohyby s magnetickými javmi a trojrozmerné pohyby s gravitáciou. Na základe toho je atóm len kombináciou pohybov. Žiarenie je pohyb, gravitácia je pohyb, elektrický náboj je pohyb atď.

Ak niečomu nerozumiete, najprv si prečítajte.

Ako bolo zdôraznené vo zväzku 1, elektrón je jedinečná častica. Je to jediná častica postavená na základe rotácie materiálu, ktorá má efektívny negatívny rotačný posun. Viac ako jedna jednotka negatívnej rotácie by prekročila jednu kladnú jednotku rotácie základnej rotácie a výsledkom by bolo záporná hodnota všeobecná rotácia. Ale pre elektrón je výsledná celková rotácia pozitívna, hoci obsahuje jednu pozitívnu a jednu negatívnu jednotku, pretože pozitívna jednotka je dvojrozmerná a negatívna je jednorozmerná.

V podstate teda elektrón je len rotujúca jednotka priestoru. Tento koncept je pre väčšinu ľudí dosť ťažké pochopiť, keď sa s ním prvýkrát stretnú, pretože je v rozpore s myšlienkou o povahe priestoru, ktorú sme získali dlhým, ale nie kritickým štúdiom nášho prostredia. Dejiny vedy sú však plné príkladov, keď sa zistilo, že známy a skôr jedinečný jav je jednoducho jedným členom všeobecnej triedy, ktorej všetci členovia majú rovnaký fyzikálny význam. Dobrý príklad- energia. Pre bádateľov, ktorí položili základy modernej vedy v stredoveku, vlastnosť pohybujúcich sa telies, ktoré sa majú zachovať vďaka pohybu, nazývali „hnacou silou“; pre nás má „kinetická energia“ jedinečnú povahu. Myšlienka, že vďaka svojmu chemickému zloženiu obsahuje stacionárna drevená palica ekvivalent „motorickej sily“, bola pre väčšinu ľudí dnes rovnako cudzia ako koncept rotujúcej jednotky priestoru. Ale objav, že kinetická energia je len jednou z foriem energie vo všeobecnosti, otvoril dvere k významným pokrokom vo fyzickom chápaní. Rovnako tak zistenie, že „priestor“ našej každodennej skúsenosti, priestor rozšírení, ako ho nazýva Larsonova práca, je jednoducho jedným z prejavov priestoru ako celku, otvára dvere k pochopeniu mnohých aspektov fyzického vesmíru, vrátane javov s ním spojených. s pohybom elektrónov v hmote.

Vo vesmíre pohybu – vesmíre, ktorého detaily rozvíjame – priestor vstupuje do fyzikálnych javov iba ako súčasť pohybu. A pre väčšinu účelov je konkrétna povaha priestoru irelevantná, rovnako ako konkrétny druh energie zapojenej do fyzikálneho procesu je zvyčajne irelevantný pre výsledok procesu. Z toho vyplýva, že stav elektrónu ako rotujúcej jednotky priestoru ho priraďuje osobitnú úlohu vo fyzickej aktivite vesmíru. Teraz treba poznamenať, že elektrón, o ktorom hovoríme, nenesie žiadny náboj. Elektrón je kombináciou dvoch pohybov: základnej vibrácie a rotácie vibračnej jednotky. Ako uvidíme neskôr, elektrický náboj je dodatočný pohyb, ktorý môže byť superponovaný na kombináciu dvoch zložiek. Správanie nabitých elektrónov sa zváži po vykonaní prípravných prác. Teraz sme znepokojení nenabité elektróny.

Ako jednotka priestoru sa nenabitý elektrón nemôže pohybovať v priestore rozšírení, pretože pomer priestoru k priestoru nepredstavuje pohyb (z Larsonových postulátov). Ale za určitých podmienok sa môže pohybovať v bežnej hmote, vzhľadom na skutočnosť, že hmota je kombináciou pohybov s konečným, kladným alebo časovým posunom a vzťah priestoru k času predstavuje pohyb. Moderný pohľad na pohyb elektrónov v pevnej hmote je nasledovný: pohybujú sa v priestoroch medzi atómami. Potom sa odpor voči toku elektrónov považuje za analogický s trením. Náš objav je nasledovný: elektróny (jednotky priestoru) existujú v hmote a pohybujú sa v hmote rovnakým spôsobom, ako sa hmota pohybuje v extenzívnom priestore.

Usmernený pohyb elektrónov v hmote bude definovaný ako elektrický prúd. Ak sú atómy hmoty, cez ktorú prechádza prúd, v pokoji vzhľadom na štruktúru pevného agregátu ako celku, neustály pohyb elektrónov (priestoru) v hmote má rovnaké všeobecné vlastnosti ako pohyb hmoty v priestore. Riadi sa prvým Newtonovým zákonom (zákonom zotrvačnosti) a môže pokračovať donekonečna bez pridania energie. Táto situácia nastáva pri fenoméne známom ako supravodivosť, ktorý bol experimentálne pozorovaný pre mnohé látky pri veľmi nízkych teplotách. Ale ak sú atómy materiálového agregátu v súčasnom teplotnom pohybe ( teplota je typ jednorozmerného pohybu), pohyb elektrónov v hmote sa pridáva k priestorovej zložke pohybu teploty (to znamená zvyšuje rýchlosť) a tým prispieva energiou (teplom) k pohybujúcim sa atómom.

Veľkosť prúdu sa meria počtom elektrónov (jednotiek priestoru) za jednotku času. Jednotka priestoru za jednotku času je definícia rýchlosti, tzv elektrický prúd je rýchlosť. S matematický bod Oku je jedno, či sa hmota pohybuje v priestore nástavcov alebo či sa priestor pohybuje v hmote. Preto, keď sa zaoberáme elektrickým prúdom, máme do činenia s mechanickými aspektmi elektriny a fenomén prúdu možno opísať rovnakými matematickými rovnicami, ktoré platia pre bežný pohyb vo vesmíre, s príslušnými úpravami v dôsledku rozdielov v podmienkach, ak takéto rozdiely existujú. Bolo by možné použiť rovnaké jednotky, ale z historických dôvodov a pre pohodlie sa v modernej praxi používa samostatný systém jednotiek.

Základnou jednotkou prúdu elektriny je jednotka množstva. V prirodzenom referenčnom rámci ide o priestorový aspekt jedného elektrónu, ktorý má posun rýchlosti o jednu jednotku. Preto množstvo q je priestorový ekvivalent s. V toku prúdu má energia rovnaké postavenie ako v mechanických vzťahoch a má časopriestorové rozmery t/s. Energia delená časom je výkon, 1/s. Ďalšie rozdelenie prúdu s meraním rýchlosti s/t vytvára elektromotorickú silu (emf) s meraniami 1/s x t/s = t/s². Samozrejme, sú to časopriestorové merania sily ako celku.

Termín " elektrický potenciál“ sa zvyčajne používa ako alternatíva k emf, ale z dôvodov, o ktorých sa bude diskutovať neskôr, nebudeme v tomto zmysle používať „potenciál“. Ak je vhodný vhodnejší výraz ako emf, použijeme výraz „napätie“, symbol U.

Vydelením napätia t/s² prúdom s/t dostaneme t²/s³. Tento odpor, symbol R, je jedinou doteraz uvažovanou elektrickou veličinou, ktorá nie je ekvivalentná známej mechanickej veličine. Skutočná povaha odporu je odhalená pri štúdiu jeho časopriestorovej štruktúry. Merania t²/s³ sú ekvivalentné hmotnosti t³/s³ delenej časom t. teda odpor je hmotnosť za jednotku času. Relevantnosť takejto veličiny je ľahko zrejmá, ak si uvedomíme, že množstvo hmoty vstupujúcej do pohybu priestoru (elektrónov) v hmote nie je fixnou veličinou, ako sa to deje pri pohybe hmoty v priestore extenzií, ale množstvom. to závisí od hybnosti elektrónov. Keď sa hmota pohybuje v priestore rozšírení, hmotnosť je konštantná a priestor závisí od trvania pohybu. Keď prúd tečie, priestor (počet elektrónov) je konštantný a hmotnosť závisí od trvania pohybu. Ak je tok krátkodobý, každý elektrón môže pohybovať len malou časťou celkovej hmoty v reťazci, ale ak je tok dlhodobý, môže znova prejsť celým reťazcom. V oboch prípadoch je celková hmotnosť zapojená do prúdu súčinom hmotnosti za jednotku času (odpor) krát času prietoku. Keď sa hmota pohybuje v priestore rozšírení, celkový priestor sa určuje rovnakým spôsobom; to znamená, že je to súčin priestoru za jednotku času (rýchlosť) časom pohybu.

Pri nakladaní s odporom ako vlastnosťou hmoty nás bude zaujímať hlavne odpor alebo odpor, ktorý je definovaný ako odpor jednotkovej kocky príslušnej látky. Odpor je priamo úmerný vzdialenosti prejdenej prúdom a nepriamo úmerný ploche prierezu vodiča. Z toho vyplýva, že ak odpor vynásobíme jednotkovou plochou a vydelíme jednotkovou vzdialenosťou, dostaneme hodnotu s meraniami t²/s², ktorá odráža iba inherentné vlastnosti materiálu a podmienky prostredia (hlavne teplota a tlak) a nezávisí od na geometrickej štruktúre vodiča. Kvalita, opak rezistivity alebo odporu, - vodivosť a elektrická vodivosť, resp.

Po objasnení časopriestorových meraní odporu sa môžeme vrátiť k empiricky určeným vzťahom medzi odporom a inými elektrickými veličinami a potvrdiť platnosť časopriestorových definícií.

Napätie: U = IR = s/t x t²/s³ = t/s²
Výkon: P = I²R = t²/s² x t²/s³ = 1/s
Energia: E = I²Rt = s²/t² x t²/s³ x t = t/s

Energetická rovnica demonštruje ekvivalenciu matematických výrazov pre elektrické a mechanické javy. Pretože odpor je hmotnosť za jednotku času, súčin odporu a času Rt je ekvivalentný hmotnosti m. Prúd I je rýchlosť v. Vyjadrenie elektrickej energie RtI² je teda ekvivalentné vyjadreniu kinetickej energie 1/2mv². Inými slovami, hodnota RtI² je kinetická energia elektrónov.

Namiesto použitia odporu, času a prúdu môžeme energiu vyjadriť pomocou napätia U (ekvivalent IR) a množstva q (ekvivalent It). Potom výraz pre hodnotu energie (alebo práce) W = Uq. Tu máme isté potvrdenie definície elektriny ako ekvivalentu priestoru. Ako je opísané v jednej zo štandardných učebníc fyziky, sila je „dobre definovaná“. vektorové množstvo, vytvárajúce zmenu v pohybe predmetov“. EMF alebo napätie zodpovedá tomuto popisu. Vytvára pohyb elektrónov v smere poklesu napätia. Energia je produktom sily a vzdialenosti. Elektrická energia Uq je súčinom sily a množstva. Z toho vyplýva, že veľkosť elektriny je ekvivalentná vzdialenosti - rovnaký záver, aký sme urobili o povahe nenabitého elektrónu.

V tradičnom vedeckom myslení sa postavenie elektrickej energie ako formy energie vo všeobecnosti považuje za samozrejmosť, pretože ju možno premeniť na akékoľvek iné formy, ale postavenie elektrickej alebo elektromotorickej sily ako jednej z foriem sily vo všeobecnosti je neakceptovaný. Ak by sa to prijalo, potom by bol záver vyvodený v predchádzajúcom odseku nevyhnutný. Ale verdikt pozorovaných faktov je ignorovaný kvôli všeobecnému dojmu, že množstvo elektriny a priestor sú entity úplne inej povahy.

Predchádzajúci výskumníci elektrických javov si boli vedomí toho, že veličina meraná vo voltoch má charakteristiky sily a podľa toho ju aj pomenovali. Moderní teoretici odmietajú túto definíciu, pretože je v rozpore s ich názorom na povahu elektrického prúdu. Napríklad W. J. Duffin ponúka definíciu elektromotorickej sily (emf) a potom hovorí:
„Napriek názvu to rozhodne nie je sila, ale rovná sa práci vykonanej na jednotku kladného náboja, ak sa náboj pohybuje po kruhu (teda v elektrickom obvode); takže tou jednotkou je volt."

Práca na jednotku priestoru je sila. Autor jednoducho berie na vedomie, že pohybujúca sa entita, ktorú nazýva náboj, nie je ekvivalentná priestoru. Dospieva teda k záveru, že veličina meraná vo voltoch nemôže byť silou. Veríme, že sa mýli a že pohybujúca sa entita nie je náboj, ale rotujúca jednotka priestoru (nenabitý elektrón). Potom elektromotorická sila, meraná vo voltoch, je vlastne sila. Duffin v podstate uznáva túto skutočnosť tým, že v inej súvislosti hovorí, že „U/n (volty na meter) je to isté ako N/C (newtony na coulomb)“. Oba vyjadrujú rozdiel napätia v zmysle sily vydelenej priestorom.

Tradičná fyzikálna teória si nenárokuje, že ponúka pochopenie povahy množstva elektriny alebo elektrického náboja. Jednoducho priznáva: Vzhľadom na to Vedecký výskum nemôže poskytnúť žiadne vysvetlenie povahy elektrického náboja, musí ísť o jedinečnú entitu, nezávislú od iných základných prvkov fyzické osoby, a treba ju brať ako jednu z „daných“ charakteristík prírody. Ďalej sa predpokladá, že táto podstata neznámej povahy, ktorá hrá hlavnú úlohu pri elektrostatických javoch, je totožná s podstatou neznámej povahy, množstvom elektriny, ktorá hrá hlavnú úlohu v toku elektriny.

Najvýznamnejšou slabinou tradičnej teórie elektrického prúdu, teórie založenej na vyššie uvedených predpokladoch, ktorú teraz môžeme zvážiť vo svetle plnšieho pochopenia fyzikálnych základov odvodených z teórie vesmíru pohybu, je to, že priraďuje dve rôzne a nezlučiteľné úlohy elektrónov. Podľa súčasnej teórie tieto častice sú komponentov atómovú štruktúru, je prinajmenšom dovolené, aby sa niektoré z nich mohli voľne prispôsobiť akýmkoľvek elektrickým silám pôsobiacim na vodič. Na jednej strane je každá častica tak pevne spojená so zvyškom atómu, že hrá významnú úlohu pri určovaní vlastností atómu, a aby sa oddelila od atómu, je potrebné vyvinúť značnú silu ( ionizačný potenciál). Na druhej strane sa elektróny pohybujú tak voľne, že budú reagovať na tepelné alebo elektrické sily, ktoré sú o niečo väčšie ako nula. Musia existovať vo vodiči v určitých množstvách, ak uvážime, že vodič je elektricky neutrálny, hoci ním prechádza elektrický prúd. Zároveň musia voľne opustiť vodič (buď vo veľkom alebo malom množstve), za predpokladu, že sa získa dostatočné množstvo kinetickej energie.

Malo by byť zrejmé, že teórie vyžadujú, aby elektróny plnili dve rôzne a protichodné funkcie. Boli pripísané kľúčová pozícia tak v teórii atómovej štruktúry, ako aj v teórii elektrického prúdu, ignorujúc skutočnosť, že vlastnosti, ktoré musia mať, aby mohli vykonávať funkcie požadované jednou teóriou, zasahujú do funkcií, ktoré sú povolané vykonávať v druhej teórii.

V teórii vesmíru pohybu každý z týchto javov zahŕňa inú fyzickú entitu.. Jednotkou atómovej štruktúry je jednotka rotačného pohybu, nie elektrón. Má akoby trvalý status, ktorý sa vyžaduje pre atómovú zložku. Potom je elektrón bez náboja a bez akéhokoľvek spojenia s atómovou štruktúrou dostupný ako voľne sa pohybujúca jednotka elektrického prúdu.

Základný postulát teórie reverzného systému hovorí, že fyzický vesmír je vesmírom pohybu, vesmírom, v ktorom sú všetky entity a javy pohybmi, kombináciami pohybov alebo vzťahmi medzi pohybmi. V takomto vesmíre sú všetky hlavné javy vysvetliteľné. Neexistuje nič, čo by sa „nehodilo na analýzu“, ako hovorí Bridgman. Základné entity a javy vesmíru pohybu – žiarenie, gravitácia, hmota, elektrina, magnetizmus atď. – možno definovať z hľadiska priestoru a času. Na rozdiel od tradičnej fyzikálnej teórie by reverzný systém nemal opustiť svoju základné prvky na milosť a nemilosť metafyzického tajomstva. Nesmie ich vylúčiť z fyzikálneho štúdia, ako sa uvádza v nasledujúcom vyhlásení Encyclopædia Britannica:

"Otázka: "Čo je elektrina?", podobne ako otázka: "Čo je hmota?", leží mimo sféry fyziky a patrí do sféry metafyziky.

Vo vesmíre zloženom výlučne z pohybu musí byť elektrický náboj súvisiaci s fyzickou entitou nevyhnutne pohybom. Potom problém, ktorému čelí teoretický výskum, nie je odpoveďou na otázku: „Čo je to elektrický náboj?“, ale definícia, aký typ pohybu sa prejavuje ako náboj. Definícia náboja ako dodatočného pohybu nielenže objasňuje vzťah medzi experimentálne pozorovaným nabitým elektrónom a nenabitým elektrónom, známym len ako pohybujúca sa entita v elektrickom prúde, ale vysvetľuje aj vzájomnú výmenu medzi nimi, ktorá je základnou podporou pre dnes populárny názor, že do procesu je zapojený len jeden subjekt - poplatok. Nie vždy sa spomína, že tento názor dosiahol všeobecné prijatie až po dlhej a živej polemike. Medzi statickými a súčasnými javmi sú podobnosti, no je tu aj podstatný rozdiel. V súčasnosti, pri absencii akéhokoľvek teoretického vysvetlenia akéhokoľvek druhu elektriny, zostáva otázkou, či sú nabité a nenabité elektróny totožné kvôli ich podobnosti alebo neporovnateľné kvôli ich rozdielom. Prevládlo rozhodnutie v prospech identity, aj keď sa postupom času nahromadilo veľa dôkazov proti oprávnenosti tohto rozhodnutia.

Podobnosť sa objavuje v dvoch všeobecný pohľad x: (1) niektoré vlastnosti nabitých častíc a elektrických prúdov sú podobné; (2) pozorujú sa prechody z jedného do druhého. Definícia nabitého elektrónu ako nenabitého elektrónu s dodatočný pohyb vysvetľuje oba druhy podobností. Napríklad demonštrácia, že rýchlo sa pohybujúci náboj má rovnaké magnetické vlastnosti ako elektrický prúd, bola hlavným faktorom víťazstva, ktoré pred mnohými rokmi získali zástancovia teórie „nábojového“ elektrického prúdu. Ale naše objavy ukazujú, že pohybujúce sa entity sú elektróny alebo iné nosiče náboja, takže existencia alebo neexistencia elektrických nábojov je irelevantná.

Druhým druhom dôkazu, ktorý bol interpretovaný na podporu identity statických a pohybujúcich sa elektrónov, je zjavné nahradenie elektrónu prúdiaceho prúdu nabitým elektrónom v procesoch, ako je elektrolýza. Tu je vysvetlenie: elektrický náboj sa ľahko vytvára a ľahko zničí. Ako každý vie, mnohé povrchy, ako sú dnešné syntetické vlákna, vyžadujú na vytvorenie elektrického prúdu len malé trenie. Z toho vyplýva, že kedykoľvek dôjde ku koncentrácii energie v jednej z foriem, ktorá sa môže uvoľniť premenou na inú, rotačné vibrácie tvoriace náboj buď vznikajú alebo miznú, aby umožnili taký druh pohybu elektrónov, ktorý sa odohráva v reakcii na pôsobiace sila.

Prevládajúca politika zaobchádzania s dvoma rôznymi množstvami ako s identickými a použitím rovnakých jednotiek pre obe sa môže riadiť len preto, že tieto dve rôzne použitia sú vo väčšine prípadov úplne oddelené. Za takýchto okolností sa do výpočtov nezavedie žiadna chyba z použitia rovnakých jednotiek, ale v každom prípade, ak výpočet alebo teoretické spracovanie zahŕňa množstvá oboch druhov, je potrebné jasné rozlíšenie.

Ako analógiu môžeme predpokladať, že chceme zaviesť systém jednotiek, v ktorých sú vyjadrené vlastnosti vody. Predpokladajme tiež, že nedokážeme rozpoznať rozdiel medzi vlastnosťami hmotnosti a objemu, a preto ich vyjadrujeme v kubických centimetroch. Takýto systém je ekvivalentný použitiu jednotky hmotnosti jedného gramu. A pokiaľ sa osobitne zaoberáme hmotnosťou a objemom, každý vo svojom kontexte, skutočnosť, že výraz „kubický centimeter“ má dva úplne odlišné významy, nevedie k žiadnym ťažkostiam. Ak však máme dočinenia s oboma vlastnosťami súčasne, je nevyhnutné uvedomiť si rozdiel medzi nimi. Delenie kubických centimetrov (hmotnosť) kubickými centimetrami (objem) nie je vyjadrené ako bezrozmerné číslo, ako by sa zdalo naznačovať výpočty; koeficient je fyzikálna veličina s rozmermi hmotnosť/objem. Podobne môžeme použiť rovnaké jednotky pre elektrický náboj a množstvo elektriny, pokiaľ fungujú samostatne a v správnom kontexte, ale ak sú do výpočtu zahrnuté obe veličiny, alebo pracujú jednotlivo s nesprávnymi fyzikálnymi rozmermi, vzniká zmätok.

Rozmerový zmätok vyplývajúci z nepochopenia rozdielu medzi nabitými a nenabitými elektrónmi bol zdrojom značnej úzkosti a zmätku pre teoretických fyzikov. Bolo to prekážkou vytvorenia akéhokoľvek vyčerpávajúceho systematického vzťahu medzi dimenziami fyzikálnych veličín. Neúspech v nájdení podkladu pre spojenie je jasným náznakom, že niečo nie je v poriadku so samotnými rozmermi, no namiesto uvedomenia si tohto faktu súčasná reakcia zametie problém pod koberec a tvrdí, že problém neexistuje. Takto vidí obrázok jeden z pozorovateľov:
„V minulosti bola téma dimenzie kontroverzná. Roky neúspešných pokusov prešli do objavovania „inherentných, racionálnych vzťahov“, v ktorých by mali byť vyjadrené všetky dimenzionálne vzorce. Teraz sa všeobecne uznáva, že neexistuje žiadna absolútna množina rozmerových vzorcov.“

Toto je bežná reakcia na dlhé roky sklamanie, reakcia, s ktorou sme sa často stretávali pri skúmaní tém diskutovaných v 1. zväzku. Keď sa tým najhorlivejším snahám generácie za generáciou výskumníkov nepodarí dosiahnuť určitý cieľ, vždy existuje silné pokušenie vyhlásiť, že cieľ je jednoducho nedosiahnuteľný. „Skrátka,“ hovorí Alfred Lande, „ak nemôžete vyriešiť problémovú situáciu, oznámte to "základný a potom vyhlási zodpovedajúci princíp." Preto je fyzikálna veda plná princípov impotencie, nie vysvetlení.

Vo vesmíre pohybu môžu byť rozmery všetkých veličín všetkých druhov vyjadrené len v podmienkach priestoru a času. Časopriestorové rozmery základných mechanických veličín sú definované v 1. zväzku. Tu pridávame rozmery veličín podieľajúcich sa na toku elektrického prúdu.

Objasnenie rozmerových vzťahov sprevádza definícia prirodzenej jednotky veličín rôznych fyzikálnych veličín. Systém jednotiek bežne používaných pri riešení elektrických prúdov vyvinutý nezávisle od mechanických jednotiek na náhodnom základe. Na stanovenie vzťahu medzi náhodným systémom a prirodzeným systémom jednotiek bude potrebné zmerať jednu fyzikálnu veličinu, ktorej hodnotu je možné určiť v prirodzenom systéme, ako to bolo urobené v predchádzajúcej definícii vzťahu medzi prirodzeným a tradičné jednotky priestoru, času a hmoty. Na tento účel použijeme Faradayovu konštantu, pozorovaný vzťah medzi množstvom elektriny a hmotnosťou zapojenou do elektrolýzy. Vynásobením tejto konštanty 2,89366 x 10 14 esu/g-ekv. prirodzenou jednotkou atómovej hmotnosti 1,65979 x 10 -24 g dostaneme 4,80287 x 10 -10 esu ako prirodzenú jednotku množstva elektriny.

Spočiatku definícia jednotky poplatku ( esej) pomocou Coulombovej rovnice v elektrostatickom meracom systéme sa plánovalo použiť ako prostriedok na zavedenie elektrických veličín do mechanického meracieho systému. Ale tu elektrostatická jednotka náboj a iné elektrické jednotky vrátane ese samostatný systém meranie, pri ktorom sa t/s stotožňuje s elektrickým nábojom.

Veľkosť elektrického prúdu je počet elektrónov za jednotku času, to znamená jednotky priestoru za jednotku času alebo rýchlosti. Preto môže byť prirodzená jednotka prúdu vyjadrená ako prirodzená jednotka rýchlosti, 2,99793 x 1010 cm/s. Z hľadiska elektriny ide o prirodzenú jednotku množstva vydelenú prirodzenou jednotkou času a rovná sa 3,15842 x 106 ese/s alebo 1,05353 x 10-3 ampérov. Preto je tradičná jednotka elektrickej energie, watthodina, 3,6 x 10 10 erg. Prirodzená jednotka energie, 1,49275 x 10 -3 erg, je ekvivalentná 4,14375 x 10 -14 watthodinám. Vydelením tejto jednotky prirodzenou jednotkou času dostaneme prirodzenú jednotku výkonu - 9,8099 x 10 12 ergov/s = 9,8099 x 10 5 wattov. Potom vydelením prirodzenou jednotkou prúdu dostaneme prirodzenú jednotku elektromotorickej sily alebo napätia 9,31146 x 10 8 voltov. Ďalšie rozdelenie podľa prúdu dáva prirodzenú jednotku odporu 8,83834 x 10 11 ohmov.

Ďalšie množstvo elektriny, ktoré si zaslúži zmienku kvôli kľúčovej úlohe, ktorú hrá v modernom matematickom prístupe k magnetizmu, je „prúdová hustota“. Je definovaný ako „množstvo náboja, ktoré prejde za sekundu cez jednotku plochy roviny kolmej na čiaru toku“. Toto je zvláštna veličina, ktorá sa líši od akejkoľvek inej veličiny, o ktorej sme už diskutovali, pretože nejde o vzťah medzi priestorom a časom. Keď sme si uvedomili, že toto množstvo v skutočnosti predstavuje prúd na jednotku plochy a nie „nabitie“ (skutočnosť potvrdená jednotkami, ampérmi na meter štvorcový v ktorom je vyjadrený), jeho priestoročasové dimenzie sa zdajú byť s/t x 1/s² = 1/st. Nie sú to rozmery pohybu ani vlastnosť pohybu. Z toho vyplýva, že vo všeobecnosti táto veličina nemá žiadnu fyzikálnu hodnotu. Je to len matematická vymoženosť.

Základné zákony elektrického prúdu známe modernej vede, ako napríklad Ohmov zákon, Kirchhoffov zákon a ich deriváty, sú jednoducho empirické zovšeobecnenia a ich použitie nie je ovplyvnené objasnením skutočnej povahy elektrického prúdu. Podstata týchto zákonov a príslušné podrobnosti sú primerane opísané v existujúcej vedeckej a technickej literatúre.

ELEKTRICKÝ ODPOR

Aj keď je pohyb elektrického prúdu v hmote ekvivalentný pohybu hmoty v priestore, podmienky, s ktorými sa každý druh pohybu stretáva v našom každodenná skúsenosť zdôrazňujú rôzne aspekty všeobecných ustanovení. Keď sa zaoberáme pohybom hmoty v extenzívnom priestore, zaujímajú nás hlavne pohyby jednotlivých objektov. Newtonove pohybové zákony základné kamene mechanika sa zaoberá aplikáciou sily na vytvorenie alebo zmenu pohybov takýchto objektov a prenosom pohybu z jedného objektu na druhý. Na druhej strane v prípade elektrického prúdu nás zaujímajú aspekty kontinuity toku prúdu a stav jednotlivých dotknutých objektov je irelevantný.

Pohyblivosť priestorových jednotiek v prúde prúdu prináša niektoré typy premenlivosti, ktoré chýbajú v pohybe hmoty v priestore rozšírení. Preto existujú behaviorálne charakteristiky alebo vlastnosti materiálových štruktúr, ktoré sú charakteristické pre vzťah medzi štruktúrami a pohybujúcimi sa elektrónmi. Iným spôsobom sa to dá povedať látka má niektoré charakteristické elektrické vlastnosti. Hlavnou vlastnosťou tejto povahy je odpor. Ako už bolo uvedené, odpor je jedinou veličinou zapojenou do základného vzťahu toku prúdu, ktorá nie je známou charakteristikou systému rovníc mechaniky, rovníc zaoberajúcich sa pohybom hmoty v extenzívnom priestore.

Jeden z autorov zhŕňa moderné predstavy o pôvode elektrického odporu takto:
„Schopnosť viesť elektrinu... vyplýva z prítomnosti obrovského množstva kvázi- voľné elektróny, ktoré sú pôsobením elektrického poľa schopné prúdiť cez kovovú mriežku ... Vzrušujúce vplyvy ... bránia voľnému toku elektrónov, rozptyľujú ich a vytvárajú odpor.

Ako už bolo naznačené, vývoj teórie vesmíru pohybu vedie k priamo opačnému poňatiu povahy elektrického odporu. Nájdeme to elektróny sú odstránené z prostredia. Ako je uvedené vo zväzku 1, existujú fyzikálnych procesov, ktoré vytvárajú elektróny v významné množstvá a že hoci pohyby, ktoré tvoria tieto elektróny, sú v mnohých prípadoch absorbované atómovými štruktúrami, možnosti využitia tohto druhu pohybu v takýchto štruktúrach sú obmedzené. Z toho vyplýva, že v hmotnom sektore vesmíru je vždy veľký prebytok voľných elektrónov, väčšina z nich nie je zaťažená. V nenabitom stave sa elektróny nemôžu pohybovať v spojení s priestorom pokračovaní, pretože sú to rotujúce jednotky priestoru a vzťah priestoru k priestoru nie je pohyb. Preto je v otvorenom priestore každý nenabitý elektrón neustále v rovnakej polohe vzhľadom na prirodzený referenčný rámec, na spôsob fotónu. V kontexte stacionárnej priestorovej referenčnej sústavy je nenabitý elektrón, podobne ako fotón, prenášaný smerom von rýchlosťou svetla postupnosťou prirodzenej referenčnej sústavy. Všetky materiálové agregáty sú teda vystavené pôsobeniu prúdu elektrónov, ako je nepretržité bombardovanie žiarením fotónmi. Existujú však aj iné procesy, pri ktorých sa elektróny vracajú späť do prostredia. V dôsledku toho sa populácia elektrónov v materiálnom agregáte, akým je Zem, stabilizuje na úrovni rovnováhy.

Procesy, ktoré určujú rovnováhu koncentrácie elektrónov, nezávisia od povahy atómov hmoty a objemu atómov. Preto v elektricky izolovaných vodičoch, kde nepreteká prúd, je koncentrácia elektrónov konštantná. Z toho vyplýva, že počet elektrónov zapojených do tepelného pohybu atómov hmoty je úmerný objemu atómu a energia tohto pohybu je určená efektívnymi rotačnými koeficientmi atómov. teda odpor je určený objemom atómu a tepelnou energiou.

Látky, v ktorých sa rotačný pohyb vyskytuje výlučne v čase, majú tepelný pohyb v priestore podľa všeobecného pravidla, ktorým sa riadi sčítanie pohybov, ako je ustanovené vo zväzku 1. V týchto látkach nulový tepelný pohyb zodpovedá nulovému odporu a keď teplota stúpa, odpor sa zvyšuje. Je to spôsobené tým, že koncentrácia elektrónov (jednotiek priestoru) v časovej zložke vodiča je konštantná pre akékoľvek konkrétne množstvo prúdu. Preto prúd v určitom pomere zvyšuje tepelný pohyb. Takéto látky sú tzv vodičov.

Pri iných prvkoch, ktoré majú dva rozmery rotácie v priestore, tepelný pohyb, ktorý si vzhľadom na konečné priemery pohybujúcich sa elektrónov vyžaduje dva otvorené rozmery, nevyhnutne prebieha v čase. IN tento prípad nulová teplota zodpovedá nulovému pohybu v čase. Tu je odpor spočiatku vysoký, ale so stúpajúcou teplotou klesá. Takéto látky sú známe ako izolanty alebo dielektrika.

Prvky s najväčším elektrický posun, ktoré majú iba jeden rozmer priestorovej rotácie a sú najbližšie k elektropozitívnym deleniam, sú schopné sledovať pozitívny vzor a sú vodičmi. Prvky s nižším elektrickým posunom sledujú modifikovaný vzor pohybu v čase, keď odpor klesá z vysokej, ale konečnej úrovne na nulovú teplotu. Látky so strednými vlastnosťami sú tzv polovodičov.

Bohužiaľ, merania odporu zahŕňajú veľa faktorov, ktoré do výsledkov vnášajú chyby. Dôležitá je najmä čistota vzorky, vzhľadom na veľký rozdiel medzi odpormi vodičov a dielektrík. Dokonca malé množstvo dielektrické znečistenie môže výrazne zmeniť odpor. Tradičná teória nemá žiadne vysvetlenie pre veľkosť tento efekt. Ak sa elektróny pohybujú cez medzery medzi atómami, ako naznačuje teória, niekoľko ďalších prekážok na ceste by nemalo výrazne prispieť k odporu. Ale, ako tvrdíme, prúdy sa pohybujú vo všetkých atómoch vodiča, vrátane nečistých atómov, a to zvyšuje tepelný obsah každého atómu v pomere k jeho odporu. Extrémne vysoký odpor dielektrika má za následok veľký príspevok každého nečistého atómu a aj veľmi malý počet takýchto atómov má veľmi významný vplyv.

Polovodivé kontaminanty sú menej účinné ako kontaminanty, ale stále môžu mať tisíckrát väčší odpor ako vodivé kovy.

Tiež sa odpor mení s teplom a pred vykonaním spoľahlivých meraní je potrebné starostlivé žíhanie. Adekvátnosť tejto metódy v mnohých, ak nie vo väčšine definícií odporu je otázna. Napríklad G. T. Miden uvádza, že takáto úprava znižuje odolnosť berýlia o 50 % a že „ prípravné práce bola vykonaná na nežíhaných vzorkách“. Medzi ďalšie zdroje neistoty patria zmeny kryštálovej štruktúry resp magnetické správanie ktoré nastanú, keď rozdielne teploty alebo tlaky v rôznych vzorkách, alebo at rozdielne podmienky, často sprevádzané zmysluplné účinky meškania.

Vzhľadom na to, že elektrický odpor je výsledkom tepelného pohybu, energia pohybu elektrónu je v rovnováhe s tepelnou energiou. Preto je odpor priamo úmerný pôsobiacej tepelnej energii, teda teplote. Z toho vyplýva, že prírastok odporu na stupeň je konštantný pre každú (nezmenenú) látku; táto hodnota je určená atómovými charakteristikami. Preto, krivka predstavujúca pomer odporu k teplote, ako je aplikovaná na jeden atóm, je lineárna. Obmedzenie na priamku je charakteristikou vzťahu elektrónu a je spôsobené skutočnosťou, že elektrón má iba jednu jednotku rotácie, a preto sa nemôže posunúť k viacjednotkovému typu pohybu spôsobom zložitých atómových štruktúr. .

K podobnej zmene krivky odporu však dôjde, ak sa koeficienty, ktoré určujú odpor, zmenia rekonfiguráciou, napríklad zmenou tlaku. Ako P.U. Bridgman, keď diskutujeme o jeho výsledkoch po zmene tohto charakteru, máme v podstate dočinenia s inou látkou. Krivka modifikovaného atómu je tiež priamka, ale nezhoduje sa s krivkou nemodifikovaného atómu. V čase prechodu na nový formulár odpor jednotlivého atómu sa dramaticky mení vo vzťahu k inej priamke.

ELEKTRICKÉ POPLATKY

Vo vesmíre pohybu sú všetky fyzické entity a javy pohybmi, kombináciami pohybov alebo vzťahmi medzi pohybmi. Z toho vyplýva, že vývoj štruktúry teórie popisujúcej takýto vesmír je hlavne záležitosťou určenia, aké pohyby a kombinácie pohybov môžu existovať za podmienok špecifikovaných v postulátoch. Zatiaľ v našej diskusii fyzikálnych javov zaoberali sme sa len translačným pohybom, pohybom elektrónov v hmote a rôzne vplyvy tento pohyb, povedzme, s mechanickými aspektmi elektriny. Teraz upriamime našu pozornosť na elektrické javy zahŕňajúce rotačný pohyb.

Ako je opísané vo zväzku 1, gravitácia je trojrozmerný rotačne distribuovaný skalárny pohyb. Ak vezmeme do úvahy všeobecný vzorec generovania pohybov väčšej zložitosti ako kombináciu odlišné typy pohybu, je prirodzené predpokladať možnosť superponovania jednorozmernej alebo dvojrozmernej skalárnej rotácie na priťahovanie predmetov, aby sa vytvorili javy viac komplexná povaha. Pri analýze situácie však zistíme, že pridanie zvyčajného rotačného pohybu v menej ako troch rozmeroch ku gravitačnému pohybu by jednoducho zmenilo veľkosť pohybu a neviedlo by k vzniku žiadnych nových druhov javov.

Existuje však variácia rotačne distribuovaného vzoru, ktorú sme ešte nepreskúmali. Doteraz sa zvažovali tri všeobecné typy. jednoduchý pohyb(skalárny pohyb fyzických pozícií): (1) translačný pohyb; (2) lineárne vibrácie; a (3) rotácia. Teraz by sme si mali uvedomiť existenciu štvrtého druhu - vibračno-rotačný pohyb, spojený s rotáciou rovnakým spôsobom ako lineárna vibrácia spojená s translačným pohybom. Vektorový pohyb tohto druhu je bežný (príkladom je pohyb vlásenky v hodinkách), ale konvenčné vedecké myslenie ho vo veľkej miere ignoruje. Hrá sa dôležitá úloha v základnom pohybe vesmíru.

Na atómovej úrovni je rotačná vibrácia rotačne distribuovaný skalárny pohyb, ktorý sa neustále mení zvonku dovnútra a naopak. Rovnako ako pri lineárnych vibráciách, aby bolo meranie skalárneho smeru konštantné, musí byť nepretržité a rovnomerné. Preto, podobne ako fotón žiarenia, musí ísť o jednoduchý harmonický pohyb. Ako je uvedené v diskusii o pohybe teploty, keď sa k tomu pridá jednoduchý harmonický pohyb existujúce hnutie, zhoduje sa s týmto pohybom (a teda nepôsobí) v jednom zo skalárnych smerov a má efektívnu hodnotu v druhom skalárnom smere. Každý prírastkový pohyb musí vyhovovať pravidlám pre kombináciu skalárnych pohybov stanoveným vo zväzku 1. Na tomto základe musí byť efektívny skalárny smer samoudržiavacej rotačnej vibrácie smerom von, opačný k rotačnému pohybu dovnútra, s ktorým je spojený. Takéto pridanie skalárneho smeru dovnútra nie je stabilné, ale môže byť podporené vonkajším vplyvom, ako uvidíme neskôr.

Skalárny pohyb vo forme rotačnej vibrácie bude definovaný ako náboj. Jednorozmerná rotácia tohto typu je elektrický náboj. Vo vesmíre pohybu je akýkoľvek základný fyzikálny jav, akým je napríklad náboj, nevyhnutne pohybom. A jediná otázka, ktorú je potrebné zodpovedať skúmaním jeho miesta vo fyzickom obraze, je otázka: Čo je to za pohyb. Zistíme, že pozorovaný elektrický náboj má vlastnosti, ktoré teoretický vývoj definuje ako jednorozmerná vibrácia rotácie; preto môžeme tieto dva pojmy prirovnať.

Je zaujímavé, že konvenčná veda, ktorá tak dlho nedokázala vysvetliť pôvod a povahu elektrického náboja, si uvedomuje, že je skalárny. Napríklad W. J. Duffin uvádza, že experimenty, ktoré opisuje, dokazujú, že „náboj možno definovať jediným číslom“, čo podporuje záver, že „náboj je skalárna veličina“.

V tradičnom fyzikálnom myslení je však elektrický náboj považovaný za jednu zo základných fyzikálnych entít a jeho definícia ako pohybu bude nepochybne pre mnohých prekvapením. Treba zdôrazniť, že toto nie je vlastnosťou teórie vesmíru pohybu. Bez ohľadu na naše objavy založené na tejto teórii, náboj je nevyhnutne pohyb a na základe definícií, ktoré fungujú v tradičnej fyzike, skutočnosť, ktorá sa zanedbáva, pretože sa nezhoduje s modernou teóriou. Kľúčovým faktorom v situácii je definícia sily. My to vieme sila je vlastnosť pohybu a nie niečo zásadnej povahy, ktoré existuje samo osebe. Pochopenie tohto návrhu je nevyhnutné pre rozvoj teórie nábojov.

Pre účely použitia vo fyzike je sila definovaná druhým Newtonovým pohybovým zákonom. Toto je súčin hmotnosti a zrýchlenia, F = ma. Pohyb, pomer priestoru k času, na jednotlivú jednotku hmotnosti meranú ako rýchlosť alebo rýchlosť, v (t.j. každá jednotka sa pohybuje svojou vlastnou rýchlosťou), alebo súhrnne ako moment - súčin hmotnosti krát rýchlosť, mv, predtým nazývaný výstižnejším názvom „množstvo pohybu“. Rýchlosť, ktorou sa mení množstvo pohybu v čase, je dv/dt (zrýchlenie, a) v prípade individuálnej hmotnosti a m dv/dt (sila, ma), ak sa meria kolektívne. Potom je sila definovaná ako rýchlosť zmeny veľkosti celkového množstva pohybu v čase; môžeme to nazvať „množstvom zrýchlenia“. Z definície vyplýva, že sila je vlastnosťou pohybu. Má rovnaké postavenie ako akýkoľvek iný majetok, nie niečo, čo môže existovať ako samostatný subjekt.

Takzvané „základné sily prírody“, údajne autonómne sily, ktoré sa používajú na vysvetlenie pôvodu fyzikálnych javov, sú nevyhnutne vlastnosťami pohybov, ktoré sa za nimi skrývajú; nemôžu existovať ako nezávislé subjekty. Každý " základná sila“ musí pochádzať zo základného hnutia. Toto je logická požiadavka na definíciu sily a platí to bez ohľadu na fyzikálnu teóriu, v ktorej sa situácia zvažuje.

Moderná fyzikálna veda nie je schopná definovať pohyby, ktoré si definícia sily vyžaduje. Napríklad fyzikálny náboj vytvára elektrickú silu, ale ako sa zistilo z pozorovania, nerobí tak svojou vlastnou povahou. vlastnej iniciatívy. Neexistuje žiadny náznak akéhokoľvek predchádzajúceho pohybu. S takými jasný rozpor Definícia sily je teraz riadená ignorovaním požiadaviek definície a považovaním elektrickej sily za entitu vytvorenú nejakým neurčitým spôsobom nábojom. Teraz je potreba tohto druhu vyhýbania sa eliminovať definovaním náboja ako vibrácie rotácie. Teraz je jasné, že dôvodom absencie akýchkoľvek dôkazov pohybu podieľajúceho sa na vytváraní elektrickej sily je to samotný náboj je pohyb.

Preto je elektrický náboj jednorozmerným analógom trojrozmerného pohybu atómu alebo častice, ktorý sme definovali ako hmotnosť. Časopriestorové rozmery hmoty sú t³/s³. V jednom rozmere to bude t/s. Rotačná vibrácia je pohyb podobný rotácii, ktorý tvorí hmotu, ale líši sa iba periodickým obrátením skalárneho smeru. Z toho vyplýva, že elektrický náboj - jednorozmerná vibrácia rotácie - má tiež rozmery t/s. Merania iných elektrostatických veličín možno odvodiť z veličín náboja. Intenzita elektrického poľa- veličina, ktorá hrá dôležitú úlohu v mnohých ohľadoch, vrátane elektrických nábojov, je náboj na jednotku plochy, t/s x 1/s² = t/s³. Súčin intenzity poľa a vzdialenosti t/s³ x s = t/s² je sila elektrický potenciál.

Z rovnakých dôvodov, aké platia pre vytvorenie gravitačného poľa hmotnosťou, je elektrický náboj obklopený silovým poľom. Avšak neexistuje žiadna interakcia medzi hmotnosťou a nábojom. Skalárny pohyb. zmena delenia medzi A a B, môže byť reprezentovaná v referenčnom rámci buď ako pohyb AB (pohyb A smerom k B), alebo pohyb BA (pohyb B smerom k A). Preto pohyby AB a BA nie sú dva samostatné pohyby; sú to len dva rôzne spôsoby reprezentácie jeden a ten istý pohyb v referenčnom rámci. To znamená, že skalárny pohyb je vzájomný proces. Nemôže sa uskutočniť, pokiaľ objekty A a B nie sú schopné rovnakého druhu pohybu.. V dôsledku toho náboje (jednorozmerné pohyby) interagujú iba s nábojmi a hmoty (trojrozmerné pohyby) iba s hmotami.

Lineárny pohyb elektrického náboja, analogický gravitácii, podlieha rovnakým úvahám ako gravitačný pohyb. Avšak, ako bolo poznamenané vyššie, smeruje von, nie dovnútra, a preto sa nedá priamo pridať k základnému pohybu vibrácií na spôsob kombinácií rotačného pohybu. Vonkajšie obmedzenie vzniká, pretože vonkajšia postupnosť prirodzeného referenčného rámca, ktorá je vždy prítomná, sa rozširuje na celú jednotku vonkajšej rýchlosti – obmedzujúce množstvo. Ďalší pohyb von môže byť pridaný až po zavedení vnútornej zložky do pohybovej kombinácie. teda náboj môže existovať iba ako prídavok k atómu alebo subatomárnej častici.

Hoci skalárny smer rotačných vibrácií, ktoré tvoria náboj, je vždy pohybom smerom von, je možný pozitívny (časový) posun aj negatívny (priestorový) posun, pretože rýchlosť otáčania môže byť väčšia alebo menšia ako jedna a rotačné vibrácie musia byť nevyhnutne opačné k rotácii. To vyvoláva veľmi nepríjemný terminologický problém. Z logického hľadiska by sa rotačná vibrácia s priestorovým posunom mala nazývať záporný náboj, pretože je opačná ako kladná rotácia, a rotačná vibrácia s časovým posunom by sa mala nazývať kladný náboj. Na tomto základe sa výraz „pozitívny“ vždy vzťahuje na časový posun (nízka rýchlosť) a výraz „negatívny“ sa vždy vzťahuje na priestorový posun (vysoká rýchlosť). Použitie týchto výrazov by malo určité výhody, ale pre účely tohto článku sa nezdá byť žiadúce vystavovať sa riziku ďalšieho zmätku vo vysvetleniach, ktoré už trpia nevyhnutným používaním neznámej terminológie na vyjadrenie doteraz nevedomých súvislostí. Preto sa pre súčasné účely budeme riadiť súčasným používaním a náboje kladných prvkov sa budú nazývať kladné. To znamená, že význam pojmov „pozitívny“ a „negatívny“ vo vzťahu k rotácii je späť vo vzťahu k náboju.

V bežnej praxi by to nemalo spôsobiť žiadne zvláštne ťažkosti. Avšak v tejto diskusii je pre účely jasnosti nevyhnutná jednoznačná identifikácia vlastností rôznych pohybov zahrnutých v skúmaných kombináciách. Aby sa predišlo nejasnostiam, za výrazmi „pozitívny“ a „negatívny“ budú pri opačnom použití hviezdičky. Na tomto základe dostane elektropozitívny prvok, ktorý sa otáča nízkou rýchlosťou vo všetkých skalárnych smeroch, kladný * náboj - vibrácie rotácie pri vysokej rýchlosti. Elektronegatívny prvok s vysokorýchlostnými aj nízkorýchlostnými rotačnými komponentmi môže prijať akýkoľvek druh náboja. Zvyčajne je však záporný* náboj obmedzený na väčšinu negatívnych prvkov triedy.

Mnohé z problémov, ktoré vznikajú, keď sa skalárny pohyb uvažuje v kontexte pevnej priestorovej referenčnej sústavy, vyplýva zo skutočnosti, že referenčná sústava má vlastnosť, polohu, ktorú skalárny pohyb nemá. Ďalšie problémy vznikajú z opačného dôvodu: skalárny pohyb má vlastnosť, ktorú referenčná sústava nemá. Túto vlastnosť sme nazvali skalárny smer, dovnútra alebo von.

Elektrické náboje sa nezúčastňujú na základných pohyboch atómov alebo častíc, ale ľahko sa vytvárajú v takmer akomkoľvek druhu hmoty a možno ich od tejto hmoty rovnako ľahko oddeliť. V nízkoteplotnom prostredí, akým je povrch Zeme, hrá elektrický náboj úlohu dočasného doplnku k relatívne stálym rotačným systémom pohybu. To neznamená, že úloha poplatkov nie je dôležitá. V skutočnosti majú náboje často väčší vplyv na výsledok fyzikálnych udalostí ako základné pohyby atómov hmoty zapojených do akcie. Ale zo štrukturálneho hľadiska si treba uvedomiť, že náboje prichádzajú a odchádzajú rovnakým spôsobom ako translačné (kinetické alebo teplotné) pohyby atómu. Ako čoskoro uvidíme, náboje a pohyby teploty sú do značnej miery zameniteľné.

Najjednoduchší druh nabitej častice vzniká pridaním jednej jednotky jednorozmernej rotačnej vibrácie k elektrónu alebo pozitrónu, ktorý má iba jednu nevyváženú jednotku jednorozmerného rotačného posunutia. Pretože efektívna rotácia elektrónu je záporná, preberá záporný* náboj. Ako bolo zdôraznené v opise subatomárnych častíc vo zväzku 1, každý nenabitý elektrón má dva prázdne rozmery; teda skalárne merania, v ktorom nedochádza k efektívnej rotácii. Už sme tiež videli, že základné jednotky hmoty – atómy a častice – sú schopné orientovať sa podľa svojho okolia; to znamená, že predpokladajú orientácie, ktoré sú kompatibilné so silami pôsobiacimi v prostredí. Keď sa elektrón vytvorí vo voľnom priestore, napríklad z kozmického žiarenia, unikne obmedzeniam vyplývajúcim z jeho priestorového posunutia (ako je neschopnosť pohybovať sa v priestore) tým, že sa zorientuje tak, že jedna z prázdnych dimenzií sa zhoduje s dimenziou referenčného rámca. . Potom môže na neurčito zaberať pevnú pozíciu v prirodzenom referenčnom rámci. V kontexte stacionárnej priestorovej referenčnej sústavy je tento nenabitý elektrón, podobne ako fotón, prenášaný smerom von rýchlosťou svetla postupnosťou prirodzenej referenčnej sústavy.

Ak elektrón vstúpi do nového prostredia a začne byť vystavený novému súboru síl, môže sa preorientovať, aby sa prispôsobil novej situácii. Napríklad pri vstupe do vodivého materiálu sa stretáva s prostredím, v ktorom sa môže voľne pohybovať, pretože k posunu rýchlosti v kombináciách pohybov, ktoré tvoria hmotu, dochádza hlavne v čase a vzťah medzi priestorovým posunom elektrón a časový posun atómu je pohyb. Okrem toho environmentálne faktory podporujú takúto zmenu orientácie; to znamená, že podporujú zvýšenie rýchlosti nad jednotnú úroveň vo vysokorýchlostnom prostredí a zníženie v nízkorýchlostnom prostredí. Preto elektrón preorientuje aktívny posun v rozmere referenčného rámca. Toto je buď priestorový alebo časový referenčný rámec, v závislosti od toho, či je rýchlosť nad alebo pod jednou, ale tieto dva rámce sú paralelné. V skutočnosti ide o dva segmenty jedného systému, pretože predstavujú rovnaký jednorozmerný pohyb v dvoch rôznych oblastiach rýchlosti.

Ak je rýchlosť väčšia ako jedna, zastúpenie premenlivý sa vyskytuje v časovom súradnicovom systéme a pevná poloha v prirodzenom referenčnom rámci sa javí v priestorovom súradnicovom systéme ako pohyb elektrónov (elektrický prúd) rýchlosťou svetla. Ak je rýchlosť nižšia ako jedna, zobrazenia sa obrátia. Z toho nevyplýva, že pohyb elektrónov po vodiči prebieha takou rýchlosťou. V tomto ohľade je zber elektrónov podobný zberu plynu. Jednotlivé elektróny sa pohybujú vysokou rýchlosťou, ale v náhodných smeroch. Len čistý prebytok pohybu v smere toku prúdu, elektrónový drift, ako sa bežne nazýva, pôsobí ako nesmerový pohyb.

Myšlienka „elektrónového plynu“ sa zvyčajne akceptuje moderná fyzika, ale za to sa považuje jednoduchá teória pri podrobnejšom skúmaní vedie k veľkým ťažkostiam.“ Ako už bolo uvedené, prevláda predpoklad, že elektróny elektrónového plynu, vyňaté zo štruktúr atómov, čelia mnohým problémom. Existuje tiež priamy rozpor s hodnotami špecifického tepla. "Očakávalo sa, že elektrónový plyn prispeje ďalšími 3/2 R k špecifickému teplu kovov," ale takéto zvýšenie špecifického tepla nebolo experimentálne zistené.

Teória vesmíru pohybu ponúka odpovede na oba tieto problémy. Elektróny, ktorých pohyb tvorí elektrický prúd, sa z atómov neodstraňujú a nepodliehajú obmedzeniam súvisiacim s ich tvorbou. Odpoveď na problém špecifického tepla spočíva v povahe pohybu elektrónov. Pohyb nenabitých elektrónov (jednotiek priestoru) v hmote vodiča je ekvivalentný pohybu hmoty v priestore predĺžení. Atómy hmoty majú pri danej teplote určitú rýchlosť vzhľadom na priestor. Nezáleží na tom, či ide o rozširujúci priestor alebo elektronický priestor. Pohyb v elektronickom priestore (pohyb elektrónov) je súčasťou pohybu teploty a špecifické teplo spôsobené týmto pohybom je súčasťou špecifického tepla atómu a nie niečoho oddeleného.

Ak sa preorientovanie elektrónov uskutoční v reakcii na faktory prostredia, nemožno ho obrátiť proti silám spojeným s týmito faktormi. Preto v nenabitom stave nemôžu elektróny opustiť vodič. Jedinou aktívnou vlastnosťou nenabitého elektrónu je priestorový posun a vzťah tohto priestoru k priestoru extenzií nie je pohyb. Kombinácia rotačných pohybov (atómu alebo častice) s čistým posunom v priestore (rýchlosť väčšia ako jedna) sa môže pohybovať iba v čase, ako už bolo uvedené. Kombinácia rotačných pohybov s čistým posunom v čase (rýchlosť menšia ako jedna) sa môže pohybovať iba v priestore, pretože pohyb je spojivom medzi priestorom a časom. Ale jednotka rýchlosti (prirodzená nula alebo Prvá úroveň) je jednota v priestore a čase. Z toho vyplýva, že kombinácia pohybov s konečným posunom rýchlosti rovným nule sa môže pohybovať buď v čase, alebo v priestore. Získanie jednotky záporného* náboja (v skutočnosti pozitívneho charakteru) elektrónom, ktorý má v nenabitom stave jednotku záporného posunu, znižuje výsledný rýchlostný posun na nulu a umožňuje elektrónu voľne sa pohybovať buď v priestore. alebo v čase.

Vytvorenie nabitých elektrónov vo vodiči vyžaduje iba prenos dostatočnej energie na nenabitý elektrón, aby sa existujúca kinetická energia častice dostala na ekvivalent jednotkového náboja. Ak sa elektrón premietne do vesmíru, dodatočné množstvo energia je potrebná na odtrhnutie od pevného alebo kvapalného povrchu a na prekonanie tlaku vyvíjaného okolitým plynom. Nabité elektróny s energiami pod touto úrovňou sú reťazené k vodiču rovnakým spôsobom ako nenabité.

Energiu potrebnú na vytvorenie náboja a výstup z vodiča možno naučiť mnohými spôsobmi, z ktorých každý je spôsob, ako vytvoriť voľne sa pohybujúce nabité elektróny. Pohodlná a široko používaná metóda poskytuje potrebnú energiu prostredníctvom rozdielu potenciálov. To zvyšuje translačnú energiu elektrónov, kým nesplní požiadavku. V mnohých aplikáciách sa požadovaný energetický zisk minimalizuje premietaním novo nabitých elektrónov do vákua, a nie prekonaním tlaku plynu. Katódové lúče použité pri tvorbe röntgenových lúčov, sú toky nabitých elektrónov premietané do vákua. Použitie vákua je charakteristické aj pre termionickú tvorbu nabitých elektrónov, pri ktorej sa potrebná energia vstrekuje do nenabitých elektrónov prostredníctvom tepla. Pri fotovoltaickej výrobe sa energia absorbuje zo žiarenia.

Existencia elektrónu ako voľne nabitej jednotky je zvyčajne krátkodobá.. Ihneď po vytvorení jedným prenosom energie a emisiou do vesmíru sa opäť zrazí s hmotou a vstúpi do ďalšieho prenosu energie, pričom sa náboj premení na termálna energia alebo žiarenia a elektrón sa vráti do nenabitého stavu. V bezprostrednej blízkosti činidla, ktoré vytvára nabité elektróny, dochádza súčasne k tvorbe nábojov aj spätnému procesu, ktorý ich premieňa na iné druhy energie. Jedným z hlavných dôvodov použitia vákua na vytváranie elektrónov je minimalizácia straty náboja v reverznom procese.

Vo vesmíre možno pozorovať nabité elektróny, to znamená detegovať, rôzne cesty, pretože v dôsledku prítomnosti nábojov sú ovplyvnené elektrickými silami. To vám umožňuje ovládať ich pohyby a na rozdiel od svojho nepolapiteľného nenabitého náprotivku je nabitý elektrón pozorovateľnou entitou, s ktorou možno manipulovať, aby vytvorila najrôznejšie fyzikálne efekty.

Je nemožné izolovať a študovať jednotlivé nabité elektróny v hmote, ako to robíme vo vesmíre, ale môžeme si byť vedomí prítomnosti častíc podľa stôp voľne sa pohybujúcich nábojov v materiálových agregátoch. Okrem špeciálnych charakteristík nábojov majú nabité elektróny v hmote rovnaké vlastnosti ako nenabité elektróny. Ľahko sa pohybujú v dobrých vodičoch a ťažšie v zlých. Pohybujú sa v reakcii na potenciálny rozdiel. Sú držané v izolátoroch - látkach, ktoré nemajú potrebné otvorené merania umožniť voľný pohyb elektrónov a pod. Aktivita nabitých elektrónov v agregátoch hmoty a okolo nich je známa ako statická elektrina.