Dünyada hangi elektrik akımları var? Elektrik

Her şeyden önce elektrik akımının ne olduğunu bulmaya değer. Elektrik yüklü parçacıkların bir iletken içindeki düzenli hareketidir. Bunun ortaya çıkması için, öncelikle yukarıda bahsedilen yüklü parçacıkların etkisi altında hareket etmeye başlayacakları bir elektrik alanı yaratılmalıdır.

Elektriğe ilişkin ilk bilgi, yüzyıllar önce sürtünme yoluyla üretilen elektrik “yükleri” ile ilgiliydi. Zaten eski zamanlarda insanlar, yünle ovulan kehribarın hafif nesneleri çekme yeteneği kazandığını biliyorlardı. Ancak ancak 16. yüzyılın sonunda İngiliz doktor Gilbert bu fenomeni ayrıntılı olarak inceledi ve diğer birçok maddenin tamamen aynı özelliklere sahip olduğunu keşfetti. Kehribar gibi hafif nesneleri sürttükten sonra çekebilen cisimlere elektrikli denir. Bu kelime Yunanca elektron - "amber" kelimesinden türetilmiştir. Şu anda bu durumdaki cisimlerin elektrik yükleri olduğunu söylüyoruz ve bu cisimlerin kendilerine de "yüklü" deniyor.

Elektrik yükleri her zaman yakın temastan kaynaklanır çeşitli maddeler. Gövdeler sağlamsa, yüzeylerinde bulunan mikroskobik çıkıntılar ve düzensizlikler nedeniyle yakın temasları engellenir. Bu cisimleri sıkıştırıp birbirine sürterek, basınç olmadan sadece birkaç noktada temas edecek yüzeyleri bir araya getiriyoruz. Bazı cisimlerde elektrik yükleri farklı parçalar arasında serbestçe hareket edebilir, ancak bazılarında bu mümkün değildir. İlk durumda, gövdelere “iletkenler”, ikincisinde ise “dielektrikler veya yalıtkanlar” denir. Bütün metaller iletkendir sulu çözeltiler tuzlar ve asitler vb. Yalıtkanların örnekleri arasında amber, kuvars, ebonit ve normal koşullar altında bulunan tüm gazlar bulunur.

Bununla birlikte, gövdelerin iletkenlere ve dielektriklere bölünmesinin çok keyfi olduğu unutulmamalıdır. Bütün maddeler elektriği az ya da çok iletir. Elektrik yükleri pozitif ve negatiftir. Bu tür bir akım uzun sürmeyecek çünkü elektrikli gövdenin şarjı bitecek. Bir iletkende elektrik akımının devam etmesi için elektrik alanının korunması gerekir. Bu amaçlar için elektrik akımı kaynakları kullanılır. Elektrik akımının ortaya çıkmasının en basit durumu, telin bir ucunun elektrikli bir gövdeye, diğer ucunun toprağa bağlanmasıdır.

Ampullere ve elektrik motorlarına akım sağlayan elektrik devreleri, tarihi 1800'lü yıllara dayanan pillerin icadına kadar ortaya çıkmamıştı. Bundan sonra elektrik doktrininin gelişimi o kadar hızlı ilerledi ki, bir asırdan kısa bir süre içinde sadece fiziğin bir parçası olmakla kalmadı, aynı zamanda yeni bir elektrik medeniyetinin temelini oluşturdu.

Elektrik akımının temel miktarları

Elektrik miktarı ve akım. Elektrik akımının etkileri güçlü veya zayıf olabilir. Elektrik akımının gücü, belirli bir zaman biriminde devreden geçen yük miktarına bağlıdır. Kaynağın bir kutbundan diğerine ne kadar çok elektron taşınırsa, elektronların aktardığı toplam yük de o kadar büyük olur. Bu net yüke bir iletkenden geçen elektrik miktarı denir.

Özellikle, elektrik akımının kimyasal etkisi elektrik miktarına bağlıdır; yani elektrolit çözeltisinden geçen yük ne kadar büyük olursa, katot ve anotta o kadar fazla madde birikecektir. Bu bakımdan elektrot üzerinde biriken maddenin kütlesi tartılarak ve bu maddenin bir iyonunun kütlesi ve yükü bilinerek elektrik miktarı hesaplanabilir.

Akım gücü, iletkenin kesitinden geçen elektrik yükünün akış zamanına oranına eşit bir miktardır. Yükün birimi coulomb'dur (C), zaman saniye (s) cinsinden ölçülür. Bu durumda akımın birimi C/s cinsinden ifade edilir. Bu birime amper (A) denir. Bir devredeki akımı ölçmek için ampermetre adı verilen elektriksel bir ölçüm cihazı kullanılır. Devreye dahil edilmesi için ampermetre iki terminalle donatılmıştır. Devreye seri olarak bağlanır.

Elektrik voltajı. Elektrik akımının yüklü parçacıkların (elektronların) düzenli hareketi olduğunu zaten biliyoruz. Bu hareket, belirli miktarda iş yapan bir elektrik alanı kullanılarak yaratılır. Bu olaya elektrik akımının işi denir. Daha büyük bir yükün bir elektrik devresi boyunca 1 saniyede hareket ettirilebilmesi için, elektrik alanının gerçekleşmesi gerekir. iyi iş. Buna dayanarak, elektrik akımının çalışmasının akımın gücüne bağlı olması gerektiği ortaya çıktı. Ancak akımın çalışmasının bağlı olduğu bir değer daha var. Bu miktara voltaj denir.

Gerilim, bir elektrik devresinin belirli bir bölümündeki akımın yaptığı işin, devrenin aynı bölümünden akan yüke oranıdır. Mevcut iş joule (J), yük ise coulomb (C) cinsinden ölçülür. Bu bağlamda gerilimin ölçü birimi 1 J/C olacaktır. Bu birime volt (V) adı verildi.

Bir elektrik devresinde voltajın oluşabilmesi için bir akım kaynağına ihtiyaç vardır. Devre açıkken gerilim yalnızca akım kaynağının terminallerinde mevcuttur. Bu akım kaynağı devreye dahil edilirse, devrenin ayrı bölümlerinde de gerilim ortaya çıkacaktır. Bu bakımdan devrede bir akım görünecektir. Yani kısaca şunu söyleyebiliriz: Devrede gerilim yoksa akım da yoktur. Gerilimi ölçmek için voltmetre adı verilen elektrikli bir ölçüm cihazı kullanılır. onun için dış görünüş daha önce bahsedilen ampermetreye benzemektedir, tek farkı voltmetre skalasında (ampermetrede A yerine) V harfinin yazılmasıdır. Voltmetrenin elektrik devresine paralel olarak bağlandığı iki terminali vardır.

Elektrik direnci. Elektrik devresine çeşitli iletkenleri ve bir ampermetreyi bağladıktan sonra, farklı iletkenler kullanıldığında ampermetrenin farklı okumalar verdiğini fark edebilirsiniz; bu durumda, elektrik devresinde mevcut olan akım gücü farklıdır. Bu olgu, farklı iletkenlerin fiziksel bir nicelik olan farklı elektrik direncine sahip olmasıyla açıklanabilir. Alman fizikçinin onuruna Ohm adı verildi. Kural olarak, fizikte daha büyük birimler kullanılır: kilo-ohm, mega-ohm, vb. Bir iletkenin direnci genellikle R harfi ile gösterilir, iletkenin uzunluğu L ve kesit alanı S'dir. Bu durumda direnç aşağıdaki formülle yazılabilir:

R = r * L/S

p katsayısına direnç denir. Bu katsayı, 1 m uzunluğunda ve kesit alanı 1 m2 olan bir iletkenin direncini ifade eder. Özgül direnç Ohm x m cinsinden ifade edilir. Teller kural olarak oldukça küçük bir kesite sahip olduğundan alanları genellikle milimetre kare cinsinden ifade edilir. Bu durumda özdirencin birimi Ohm x mm2/m olacaktır. Aşağıdaki tabloda. Şekil 1'de bazı malzemelerin dirençleri gösterilmektedir.

Tabloya göre. Şekil 1'de bakırın en düşük elektriksel dirence sahip olduğu ve metal alaşımının en yüksek olduğu açıkça görülüyor. Ayrıca dielektrikler (yalıtkanlar) yüksek dirence sahiptir.

Elektrik kapasitesi. Birbirinden izole edilmiş iki iletkenin elektrik yüklerini biriktirebileceğini zaten biliyoruz. Bu fenomen, elektriksel kapasitans adı verilen fiziksel bir miktarla karakterize edilir. İki iletkenin elektriksel kapasitansı, bunlardan birinin yükünün bu iletken ile komşusu arasındaki potansiyel farkına oranından başka bir şey değildir. İletkenler yük aldığında voltaj ne kadar düşük olursa kapasiteleri de o kadar büyük olur. Elektriksel kapasitans birimi faraddır (F). Pratikte bu birimin kesirleri kullanılır: mikrofarad (μF) ve pikofarad (pF).

Birbirinden izole edilmiş iki iletkeni alıp birbirlerinden kısa bir mesafeye yerleştirirseniz bir kapasitör elde edersiniz. Bir kapasitörün kapasitansı, plakalarının kalınlığına, dielektrik kalınlığına ve geçirgenliğine bağlıdır. Kapasitörün plakaları arasındaki dielektrik kalınlığının azaltılmasıyla, kapasitörün kapasitansı önemli ölçüde artırılabilir. Tüm kapasitörlerde kapasitelerine ek olarak bu cihazların tasarlandığı voltaj da belirtilmelidir.

Elektrik akımının işi ve gücü. Yukarıdan elektrik akımının bir miktar iş yaptığı açıktır. Elektrik motorlarını bağlarken elektrik akımı her türlü ekipmanın çalışmasını sağlar, trenleri raylar boyunca hareket ettirir, sokakları aydınlatır, evi ısıtır ve aynı zamanda kimyasal bir etki yaratır yani elektrolize izin verir vb. Yapılan işin olduğunu söyleyebiliriz. devrenin belirli bir bölümündeki akım, ürünün akımına, voltajına ve işin yapıldığı süreye eşittir. İş joule cinsinden, voltaj volt cinsinden, akım amper cinsinden, süre ise saniye cinsinden ölçülür. Bu bakımdan 1 J = 1B x 1A x 1s. Bundan, elektrik akımının çalışmasını ölçmek için aynı anda üç aletin kullanılması gerektiği ortaya çıktı: ampermetre, voltmetre ve saat. Ancak bu hantal ve etkisizdir. Bu nedenle elektrik akımının işi genellikle elektrik sayaçlarıyla ölçülür. Bu cihaz yukarıdaki cihazların tümünü içerir.

Elektrik akımının gücü, akımın işinin yapıldığı zamana oranına eşittir. Güç “P” harfiyle gösterilir ve watt (W) cinsinden ifade edilir. Pratikte kilowatt, megawatt, hektowatt vb. Kullanılır. Devrenin gücünü ölçmek için bir wattmetre almanız gerekir. Elektrik mühendisleri akımın işini kilovatsaat (kWh) cinsinden ifade ederler.

Elektrik akımının temel yasaları

Ohm kanunu. Gerilim ve akım, elektrik devrelerinin en kullanışlı özellikleri olarak kabul edilir. Elektrik kullanımının temel özelliklerinden biri, enerjinin bir yerden başka bir yere hızlı bir şekilde taşınması ve tüketiciye istenilen biçimde aktarılmasıdır. Potansiyel fark ile akımın çarpımı gücü, yani devrede birim zamanda verilen enerji miktarını verir. Yukarıda belirtildiği gibi bir elektrik devresindeki gücü ölçmek için 3 cihaza ihtiyaç duyulacaktır. Sadece bir taneyle yetinmek ve okumalarından ve devrenin direnci gibi bazı özelliklerinden gücü hesaplamak mümkün mü? Birçok kişi bu fikri beğendi ve verimli buldu.

Peki bir telin veya devrenin bir bütün olarak direnci nedir? Su boruları veya vakum sistemi boruları gibi bir telin de direnç olarak adlandırılabilecek kalıcı bir özelliği var mıdır? Örneğin borularda, akışı üreten basınç farkının akış hızına oranı genellikle borunun sabit bir özelliğidir. Benzer şekilde, bir teldeki ısı akışı, sıcaklık farkı, telin kesit alanı ve uzunluğunu içeren basit bir ilişki tarafından yönetilir. Elektrik devreleri için böyle bir ilişkinin keşfi başarılı bir araştırmanın sonucuydu.

1820'li yıllarda Alman okul öğretmeni Yukarıda bahsedilen ilişkiyi araştırmaya başlayan ilk kişi Georg Ohm'du. Her şeyden önce üniversitede ders vermesini sağlayacak şöhret ve şöhret için çabaladı. Bu nedenle özel avantajlar vaat eden bir araştırma alanı seçti.

Om bir tamircinin oğluydu, bu yüzden deneyler için ihtiyaç duyduğu farklı kalınlıklarda metal tellerin nasıl çizileceğini biliyordu. O günlerde uygun tel satın almak imkansız olduğundan Om bunu kendisi yaptı. Deneyleri sırasında farklı uzunluklar, farklı kalınlıklar, farklı metaller ve hatta farklı sıcaklıklar denedi. Bütün bu faktörleri tek tek çeşitlendirdi. Ohm'un zamanında piller hâlâ zayıftı ve tutarsız akım üretiyordu. Bu bağlamda araştırmacı, jeneratör olarak sıcak bağlantısı alev içine yerleştirilmiş bir termokupl kullanmıştır. Ek olarak, kaba bir manyetik ampermetre kullandı ve sıcaklığı veya termal bağlantıların sayısını değiştirerek potansiyel farkları (Ohm bunlara "voltajlar" adını verdi) ölçtü.

Elektrik devrelerinin incelenmesi yeni gelişmeye başladı. 1800 civarında pillerin icat edilmesinden sonra çok daha hızlı gelişmeye başladı. Çeşitli araçlar tasarlandı ve üretildi (çoğunlukla elle), yeni yasalar keşfedildi, kavramlar ve terimler ortaya çıktı vb. Tüm bunlar daha derin bir anlayışa yol açtı. elektriksel olaylar ve faktörler.

Elektrikle ilgili bilgilerin güncellenmesi bir yandan yeni bir fizik alanının ortaya çıkmasına neden olurken, diğer yandan piller, jeneratörler, aydınlatma için güç kaynağı sistemleri gibi elektrik mühendisliğinin hızlı gelişiminin temelini oluşturdu. ve elektrikli tahrik, elektrikli fırınlar, elektrik motorları vb. icat edildi.

Ohm'un keşifleri hem elektrik çalışmalarının gelişmesi hem de uygulamalı elektrik mühendisliğinin gelişimi açısından büyük önem taşıyordu. Doğru akım ve ardından alternatif akım için elektrik devrelerinin özelliklerini kolayca tahmin etmeyi mümkün kıldılar. 1826'da Ohm, teorik sonuçları ve deneysel sonuçları özetlediği bir kitap yayınladı. Ancak umutları gerçekleşmedi; kitap alayla karşılandı. Bunun nedeni, birçok kişinin felsefeyle ilgilendiği bir dönemde kaba deney yönteminin çekici görünmemesiydi.

Öğretmenlik görevinden ayrılmaktan başka seçeneği yoktu. Aynı sebepten dolayı üniversiteye de randevu alamadı. Bilim adamı 6 yıl boyunca geleceğe güven duymadan, acı bir hayal kırıklığı duygusuyla yoksulluk içinde yaşadı.

Ancak yavaş yavaş eserleri ilk olarak Almanya dışında ün kazandı. Om yurtdışında saygı görüyordu ve araştırmalarından faydalanıyordu. Bu bakımdan yurttaşları onu memleketinde tanımak zorunda kaldılar. 1849'da Münih Üniversitesi'nde profesörlük aldı.

Ohm, bir tel parçası için (devrenin bir kısmı için, devrenin tamamı için) akım ve gerilim arasındaki ilişkiyi kuran basit bir yasayı keşfetti. Ayrıca farklı boyutta bir tel alırsanız nelerin değişeceğini belirlemenize olanak tanıyan kurallar derledi. Ohm kanunu şu şekilde formüle edilir: Bir devrenin bir bölümündeki akımın gücü, bu bölümdeki voltajla doğru orantılıdır ve bölümün direnciyle ters orantılıdır.

Joule-Lenz yasası. Devrenin herhangi bir yerindeki elektrik akımı bir miktar iş yapar. Örneğin devrenin uçları arasında gerilim (U) bulunan herhangi bir bölümünü ele alalım. Elektrik voltajının tanımı gereği, bir yük birimini iki nokta arasında hareket ettirirken yapılan iş U'ya eşittir. Devrenin belirli bir bölümündeki akım gücü i'ye eşitse, o zaman t zamanında yük geçecektir ve dolayısıyla bu bölümde elektrik akımının işi şöyle olacaktır:

A = Ünite

Bu ifade her durumda doğru akım için, iletkenler, elektrik motorları vb. içerebilen devrenin herhangi bir bölümü için geçerlidir. Akım gücü, yani birim zaman başına iş şuna eşittir:

P = A/t = Ui

Bu formül SI sisteminde gerilim birimini belirlemek için kullanılır.

Devrenin bölümünün sabit bir iletken olduğunu varsayalım. Bu durumda tüm iş bu iletkende açığa çıkacak ısıya dönüşecektir. İletken homojense ve Ohm kanununa uyuyorsa (bu, tüm metalleri ve elektrolitleri içerir), o zaman:

U = ir

burada r iletken direncidir. Bu durumda:

bir = rt2i

Bu yasa ilk kez deneysel olarak E. Lenz tarafından ve ondan bağımsız olarak Joule tarafından çıkarılmıştır.

Isıtma iletkenlerinin teknolojide çok sayıda uygulamaya sahip olduğu unutulmamalıdır. Bunlardan en yaygın ve önemli olanı akkor aydınlatma lambalarıdır.

Elektromanyetik İndüksiyon Yasası. 19. yüzyılın ilk yarısında İngiliz fizikçi M. Faraday manyetik indüksiyon olgusunu keşfetti. Birçok araştırmacının malı haline gelen bu gerçek, elektrik ve radyo mühendisliğinin gelişimine güçlü bir ivme kazandırdı.

Deneyler sırasında Faraday, kapalı bir döngüyle sınırlanan bir yüzeye giren manyetik indüksiyon hatlarının sayısı değiştiğinde, içinde bir elektrik akımının ortaya çıktığını keşfetti. Bu belki de fiziğin en önemli yasasının, elektromanyetik indüksiyon yasasının temelidir. Devrede oluşan akıma indüksiyon denir. Bir devrede bir elektrik akımının yalnızca serbest yükler dış kuvvetlere maruz kaldığında ortaya çıkması nedeniyle, kapalı bir devrenin yüzeyinden geçen değişen bir manyetik akı ile aynı dış kuvvetler içinde görünür. Fizikte dış kuvvetlerin etkisine elektromotor kuvvet veya indüklenmiş emk denir.

Elektromanyetik indüksiyon ayrıca açık iletkenlerde de görülür. Bir iletkenin manyetik alanı geçmesi durumunda Güç hatları, uçlarında gerginlik ortaya çıkıyor. Böyle bir voltajın ortaya çıkmasının nedeni indüklenen emk'dir. Kapalı bir döngüden geçen manyetik akı değişmezse indüklenen akım oluşmaz.

"İndüksiyon emk" kavramını kullanarak elektromanyetik indüksiyon yasasından bahsedebiliriz, yani kapalı bir döngüdeki indüksiyon emf'si, döngü tarafından sınırlanan yüzey boyunca manyetik akının değişim hızına büyüklükte eşittir.

Lenz'in kuralı. Zaten bildiğimiz gibi, bir iletkende indüklenen bir akım ortaya çıkar. Görünüm koşullarına bağlı olarak farklı bir yöne sahiptir. Bu vesileyle Rus fizikçi Lenz şunu formüle etti: sonraki kural: Kapalı bir devrede ortaya çıkan indüklenen akım her zaman öyle bir yöne sahiptir ki yarattığı manyetik alan manyetik akının değişmesine izin vermez. Bütün bunlar bir endüksiyon akımının oluşmasına neden olur.

İndüksiyon akımının da diğerleri gibi enerjisi vardır. Bu, bir endüksiyon akımı durumunda elektrik enerjisinin ortaya çıktığı anlamına gelir. Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasına göre, yukarıda bahsedilen enerji ancak başka bir enerji türünün enerji miktarı nedeniyle ortaya çıkabilir. Dolayısıyla Lenz kuralı, enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasına tamamen karşılık gelir.

İndüksiyona ek olarak, bobinde kendi kendine indüksiyon adı verilen bir durum görünebilir. Özü aşağıdaki gibidir. Bobinde bir akım ortaya çıkarsa veya gücü değişirse, değişen bir manyetik alan ortaya çıkar. Ve eğer bobinden geçen manyetik akı değişirse, içinde bir elektromotor kuvvet belirir, buna denir. Kendinden kaynaklı emk.

Lenz kuralına göre, bir devreyi kapatırken kendiliğinden endüktif emk, akım gücüne müdahale eder ve onun artmasını engeller. Devre kapatıldığında, kendinden endüktif emk akım gücünü azaltır. Bobindeki akım kuvvetinin belirli bir değere ulaşması durumunda manyetik alanın değişmesi durur ve kendi kendine indüksiyon emk'si sıfır olur.

Elektromanyetik alanda parçacıkların, elektrik yükü taşıyıcılarının yönlendirilmiş (sıralı) hareketi.

Elektrik akımı nedir farklı maddeler? Buna göre hareketli parçacıkları ele alalım:

• metallerde - elektronlar,
• elektrolitlerde - iyonlar (katyonlar ve anyonlar),
• gazlarda - iyonlar ve elektronlar,
• belirli koşullar altında bir vakumda - elektronlar,
• yarı iletkenlerde - delikler (elektron deliği iletkenliği).

Bazen elektrik alanının zamanla değişmesi sonucu ortaya çıkan elektrik akımına yer değiştirme akımı da denir.

Elektrik akımı kendini şu şekilde gösterir:

• iletkenleri ısıtır (süper iletkenlerde bu fenomen gözlenmez);
• iletkenin kimyasal bileşimini değiştirir (bu fenomen öncelikle elektrolitlerin karakteristiğidir);
• manyetik bir alan yaratır (istisnasız tüm iletkenlerde kendini gösterir).

Yüklü parçacıklar makroskobik cisimlerin içinde belirli bir ortama göre hareket ederse, bu tür bir akıma elektrik "iletim akımı" adı verilir. Eğer makroskobik yüklü cisimler (örneğin yüklü yağmur damlaları) hareket ediyorsa bu akıma “konveksiyon” denir.

Akımlar doğrudan ve alternatif olarak ikiye ayrılır. Ayrıca her türlü alternatif akım var. Akım türlerini tanımlarken “elektrik” kelimesi atlanmıştır.

• DC- yönü ve büyüklüğü zamanla değişmeyen bir akım. Tek yönlü olan, örneğin düzeltilmiş bir değişken gibi titreşimli bir değişken olabilir.
• Alternatif akım- zamanla değişen elektrik akımı. Alternatif akım, doğrudan olmayan herhangi bir akımı ifade eder.
• Periyodik akım- anlık değerleri düzenli aralıklarla değişmeden tekrarlanan elektrik akımı.
• Sinüzoidal akım- zamanın sinüzoidal bir fonksiyonu olan periyodik elektrik akımı. Alternatif akımlar arasında en önemlisi, değeri sinüzoidal yasaya göre değişen akımdır. Herhangi bir periyodik sinüzoidal olmayan akım, karşılık gelen genliklere, frekanslara ve başlangıç ​​fazlarına sahip sinüzoidal harmonik bileşenlerin (harmonikler) bir kombinasyonu olarak temsil edilebilir. Bu durumda, iletkenin her bir ucunun elektrostatik potansiyeli, iletkenin diğer ucunun potansiyeline göre dönüşümlü olarak pozitiften negatife ve tersi yönde değişir ve tüm ara potansiyellerden (sıfır potansiyel dahil) geçer. Sonuç olarak, sürekli yön değiştiren bir akım ortaya çıkar: bir yönde hareket ederken artar, genlik değeri adı verilen maksimuma ulaşır, sonra azalır, bir noktada sıfıra eşit olur, sonra tekrar artar, ancak farklı bir yönde ve ayrıca maksimum değere ulaşır, azalır ve sonra tekrar sıfıra geçer, ardından tüm değişikliklerin döngüsü devam eder.
• Yarı sabit akım- doğru akım yasalarının yeterli doğrulukla karşılandığı anlık değerler için nispeten yavaş değişen bir alternatif akım. Bu yasalar Ohm yasası, Kirchhoff kuralları ve diğerleridir. Yarı-sabit akım, doğru akım gibi, dallanmamış bir devrenin tüm bölümlerinde aynı akım gücüne sahiptir. Ortaya çıkan e nedeniyle yarı-sabit akım devreleri hesaplanırken. d.s. kapasitans ve endüktans indüksiyonları toplu parametreler olarak dikkate alınır. Yarı sabit sıradandır endüstriyel akımlar Hat boyunca yarı-durağanlık koşulunun karşılanmadığı uzun mesafeli iletim hatlarındaki akımlar hariç.
• Yüksek frekanslı akım- radyasyon gibi gerekli önlemlerin alındığı, yararlı, kullanımını belirleyen veya zararlı olan bu tür olayların önemli hale geldiği alternatif akım (yaklaşık onlarca kHz'lik bir frekanstan başlayarak) elektromanyetik dalgalar ve cilt etkisi. Ek olarak, alternatif akım radyasyonunun dalga boyu, elektrik devresi elemanlarının boyutlarıyla karşılaştırılabilir hale gelirse, bu tür devrelerin hesaplanması ve tasarımında özel yaklaşımlar gerektiren yarı-sabit durum ihlal edilir.
• Titreşimli akım bir periyot boyunca ortalama değeri sıfırdan farklı olan periyodik bir elektrik akımıdır.
• Tek yönlü akım- Bu, yönünü değiştirmeyen bir elektrik akımıdır.

girdap akımları

Girdap akımları (veya Foucault akımları), büyük bir iletkende, içinden geçen manyetik akı değiştiğinde ortaya çıkan kapalı elektrik akımlarıdır, bu nedenle girdap akımları indüksiyon akımları. Manyetik akı ne kadar hızlı değişirse girdap akımları da o kadar güçlü olur. Girdap akımları tellerde belirli yollar boyunca akmaz, ancak iletkende kapandıklarında girdap benzeri devreler oluştururlar.

Girdap akımlarının varlığı cilt etkisine, yani alternatif elektrik akımının ve manyetik akının esas olarak iletkenin yüzey katmanında yayılmasına yol açar. İletkenlerin girdap akımlarıyla ısıtılması, özellikle AC bobinlerin çekirdeklerinde enerji kayıplarına yol açar. Girdap akımlarından kaynaklanan enerji kayıplarını azaltmak için, alternatif akım manyetik devrelerinin, birbirlerinden izole edilmiş ve girdap akımlarının yönüne dik olarak yerleştirilmiş, yollarının olası hatlarını sınırlayan ve büyüklüğü büyük ölçüde azaltan ayrı plakalara bölünmesini kullanırlar. bu akımlardan. Çok yüksek frekanslarda, ferromıknatıslar yerine manyetodielektrikler, çok yüksek direnç nedeniyle girdap akımlarının pratikte ortaya çıkmadığı manyetik devreler için kullanılır.

Özellikler

Tarihsel olarak """akımın yönünün""" iletkendeki pozitif yüklerin hareket yönüyle örtüştüğü kabul ediliyordu. Üstelik, eğer akım taşıyıcıları yalnızca negatif yüklü parçacıklar ise (örneğin, bir metaldeki elektronlar), o zaman akımın yönü, yüklü parçacıkların hareket yönünün tersidir.

Elektronların sürüklenme hızı

İletkenlerdeki parçacıkların dış bir alanın neden olduğu yönsel hareketinin sürüklenme hızı, iletkenin malzemesine, parçacıkların kütlesine ve yüküne, çevre sıcaklığına, uygulanan potansiyel farkına bağlıdır ve ışık hızından çok daha azdır. Bir iletkendeki elektronlar düzenli hareket nedeniyle 1 saniyede 0,1 mm'den daha az hareket eder. Buna rağmen elektrik akımının yayılma hızı ışık hızına (elektromanyetik dalga cephesinin yayılma hızı) eşittir. Yani elektronların voltaj değişiminden sonra hareket hızını değiştirdiği yer yayılma hızıyla birlikte hareket eder. elektromanyetik titreşimler.

Akım gücü ve yoğunluğu

Elektrik akımının niceliksel özellikleri vardır: skaler - akım gücü ve vektör - akım yoğunluğu.

Mevcut güç a fiziksel bir miktardır, orana eşitücret miktarı

Bir süredir geçmiş

iletkenin kesiti boyunca bu sürenin değerine kadar.

SI'daki mevcut güç amper cinsinden ölçülür (uluslararası ve Rusya tanımı: A).

Ohm kanununa göre mevcut güç

Devrenin bir bölümündeki elektrik voltajıyla doğru orantılıdır

devrenin bu bölümüne uygulanır ve direnciyle ters orantılıdır

Devrenin bir bölümündeki elektrik akımı sabit değilse, voltaj ve akım sürekli değişirken sıradan alternatif akım için ortalama voltaj ve akım değerleri sıfırdır. Ancak bu durumda açığa çıkan ısının ortalama gücü sıfıra eşit değildir.

Bu nedenle aşağıdaki kavramlar kullanılmaktadır:

• anlık voltaj ve akım, yani etki eden şu an zaman.
• genlik voltajı ve akımı, yani maksimum mutlak değerler
• etkili (etkili) voltaj ve akım, akımın termal etkisi ile belirlenir, yani aynı termal etkiye sahip doğru akım için sahip oldukları değerlerle aynıdır.

Akım Yoğunluğu- mutlak değeri iletkenin belirli bir kesitinden akan akımın oranına eşit olan bir vektör, yöne dik akım, bu bölümün alanına ve vektörün yönü, akımı oluşturan pozitif yüklerin hareket yönü ile çakışmaktadır.

Ohm kanununa göre diferansiyel form ortamdaki akım yoğunluğu

elektrik alan kuvvetiyle orantılı

ve orta iletkenlik

Güç

Bir iletkende akım olduğu zaman direnç kuvvetlerine karşı iş yapılır. Herhangi bir iletkenin elektrik direnci iki bileşenden oluşur:

• aktif direnç - ısı oluşumuna karşı direnç;
• reaktans - enerjinin bir elektrik veya manyetik alana (ve tersi) aktarılmasından kaynaklanan direnç.

Tipik olarak elektrik akımının yaptığı işin çoğu ısı olarak açığa çıkar. Isı kaybı gücü, birim zamanda açığa çıkan ısı miktarına eşit bir değerdir. Joule-Lenz yasasına göre bir iletkendeki ısı kaybının gücü, akan akımın gücü ve uygulanan voltajla orantılıdır:

Güç watt cinsinden ölçülür.

İÇİNDE süreklilik hacimsel kayıp gücü

akım yoğunluk vektörünün skaler çarpımı ile belirlenir

ve elektrik alan kuvveti vektörü

Bu noktada:

Hacimsel güç metreküp başına watt cinsinden ölçülür.

Radyasyon direnci, bir iletkenin etrafında elektromanyetik dalgaların oluşmasından kaynaklanır. Bu direnç karmaşık bir şekilde iletkenin şekline, boyutuna ve yayılan dalganın uzunluğuna bağlıdır. Akımın her yerde aynı yön ve kuvvette olduğu ve L uzunluğunun, kendisi tarafından yayılan elektromanyetik dalganın uzunluğundan önemli ölçüde daha az olduğu tek bir düz iletken için

Direncin dalga boyuna ve iletkene bağımlılığı nispeten basittir:

Standart frekansı 50 "Hz" olan en yaygın kullanılan elektrik akımı, yaklaşık 6 bin kilometrelik bir dalga uzunluğuna karşılık gelir, bu nedenle radyasyon gücü, termal kayıpların gücüne kıyasla genellikle ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak akımın frekansı arttıkça yayılan dalganın uzunluğu azalır ve buna bağlı olarak radyasyon gücü de artar. Fark edilebilir enerji yayabilen iletkene anten denir.

Sıklık

Frekans kavramı periyodik olarak gücünü ve/veya yönünü değiştiren alternatif akımı ifade eder. Bu aynı zamanda sinüzoidal yasaya göre değişen en yaygın kullanılan akımı da içerir.

AC periyodu, akımdaki (ve voltajdaki) değişikliklerin tekrarlandığı en kısa süredir (saniye cinsinden ifade edilir). Akımın birim zamanda gerçekleştirdiği periyot sayısına frekans denir. Frekans hertz cinsinden ölçülür, bir hertz (Hz) saniyede bir döngüye eşittir.

Önyargı akımı

Bazen kolaylık sağlamak için yer değiştirme akımı kavramı tanıtılır. Maxwell denklemlerinde yer değiştirme akımı şu noktada mevcuttur: eşit haklar yüklerin hareketinin neden olduğu akımla. Manyetik alanın yoğunluğu toplam elektrik akımına bağlıdır. miktara eşitİletim akımı ve yer değiştirme akımı. Tanım gereği, önyargı akım yoğunluğu

Vektör miktarı, hıza orantılı elektrik alanı değişiklikleri

zamanında:

Gerçek şu ki, elektrik alanı değiştiğinde ve akım aktığında, bu iki süreci birbirine benzer kılan bir manyetik alan üretilir. Ayrıca elektrik alanındaki değişime genellikle enerji aktarımı da eşlik eder. Örneğin, bir kondansatörü şarj ederken ve boşaltırken, yüklü parçacıkların plakaları arasında hareketi olmamasına rağmen, içinden akan bir yer değiştirme akımından, bir miktar enerji aktardığından ve elektrik devresini benzersiz bir şekilde kapattığından söz ederler. Önyargı akımı

bir kapasitörde aşağıdaki formülle belirlenir:

Kapasitör plakalarındaki şarj

Plakalar arasındaki elektrik voltajı,

Bir kapasitörün elektrik kapasitansı.

Yer değiştirme akımı bir elektrik akımı değildir çünkü bir elektrik yükünün hareketiyle ilişkili değildir.

Ana iletken türleri

Dielektriklerden farklı olarak iletkenler, genellikle bir elektriksel potansiyel farkı olan bir kuvvetin etkisi altında hareket eden ve bir elektrik akımı oluşturan telafi edilmemiş yüklerin serbest taşıyıcılarını içerir. Akım-gerilim karakteristiği (akımın gerilime bağımlılığı) bir iletkenin en önemli özelliğidir. Metal iletkenler ve elektrolitler için en basit hal: Akım gerilimle doğru orantılıdır (Ohm kanunu).

Metaller - burada mevcut taşıyıcılar, genellikle bir elektron gazı olarak kabul edilen ve açıkça sergileyen iletim elektronlarıdır. kuantum özellikleri dejenere gaz.

Plazma iyonize bir gazdır. Elektrik yükü, radyasyonun (ultraviyole, x-ışını ve diğerleri) ve (veya) ısıtmanın etkisi altında oluşan iyonlar (pozitif ve negatif) ve serbest elektronlar tarafından aktarılır.

Elektrolitler, iyonların gözle görülür herhangi bir konsantrasyonda mevcut olduğu ve elektrik akımının geçişine neden olan sıvı veya katı maddeler ve sistemlerdir. İşlem sırasında iyonlar oluşur elektrolitik ayrışma. Isıtıldığında iyonlara ayrışan molekül sayısındaki artış nedeniyle elektrolitlerin direnci azalır. Akımın elektrolitten geçmesi sonucunda iyonlar elektrotlara yaklaşır ve nötralize edilerek üzerlerine yerleşir. Faraday'ın elektroliz yasaları elektrotlara salınan maddenin kütlesini belirler.

Elektron ışını cihazlarında kullanılan, vakumda elektronların elektrik akımı da vardır.

Doğadaki elektrik akımları

Atmosfer elektriği havada bulunan elektriktir. Benjamin Franklin, havada elektriğin varlığını gösteren, gök gürültüsü ve şimşeklerin nedenini açıklayan ilk kişiydi.

Daha sonra buhar yoğunlaşmasında elektriğin biriktiği keşfedildi. üst katmanlar atmosfer ve atmosferik elektriğin aşağıdaki yasalara uygun olduğu belirtilmektedir:

• Bulutlu bir gökyüzünün yanı sıra açık bir gökyüzünde de, gözlem alanından belli bir mesafede yağmur, dolu veya kar yağmadığı sürece atmosferin elektriği her zaman pozitiftir;
• bulutlardan gelen elektriğin voltajı onu serbest bırakacak kadar güçlü hale gelir çevre yalnızca bulut buharları yağmur damlaları halinde yoğunlaştığında; bunun kanıtı, yıldırım düşmesinin, geri dönüş yıldırım çarpması hariç olmak üzere, gözlem alanında yağmur, kar veya dolu olmadan meydana gelmediği gerçeği olabilir;
• nem arttıkça atmosferik elektrik artar ve yağmur, dolu ve kar yağdığında maksimuma ulaşır;
• Yağmurun yağdığı yer, pozitif bir elektrik kuşağıyla çevrelenmiş, negatif bir kuşakla çevrelenmiş bir pozitif elektrik deposudur. Bu kuşakların sınırlarında gerilim sıfırdır.

İyonların elektrik alan kuvvetlerinin etkisi altındaki hareketi, atmosferde ortalama yoğunluğu yaklaşık (2÷3) 10 −12 A/m² olan dikey bir iletim akımı oluşturur.

Dünyanın tüm yüzeyinden akan toplam akım yaklaşık 1800 A'dır.

Yıldırım, doğal kıvılcım oluşturan bir elektrik deşarjıdır. Yüklendi elektriksel doğa kutup ışıkları. Aziz Elmo Ateşi doğal bir korona elektrik deşarjıdır.

Biyoakımlar - iyonların ve elektronların hareketi tüm yaşam süreçlerinde çok önemli bir rol oynar. Bu durumda yaratılan biyopotansiyel hem hücre içi düzeyde hem de bireysel parçalar vücut ve organlar. Sinir uyarılarının iletimi elektrokimyasal sinyaller kullanılarak gerçekleşir. Bazı hayvanlar (elektrikli vatozlar, elektrikli yılan balıkları) birkaç yüz voltluk potansiyel biriktirme yeteneğine sahiptir ve bunu nefsi müdafaa için kullanırlar.

Başvuru

Elektrik akımı incelenirken birçok özelliği keşfedildi ve bu da pratik uygulama bulmayı mümkün kıldı. Çeşitli bölgeler insan aktivitesi hatta elektrik akımı olmadan mümkün olamayacak yeni alanlar bile yaratabilirsiniz. Elektrik akımı pratik uygulama bulduktan sonra ve elektrik akımı elde edilebildiği için Farklı yollar Endüstriyel sektörde yeni bir kavram ortaya çıktı - elektrik enerjisi.

Elektrik akımı, çeşitli karmaşıklık ve türlerdeki sinyallerin taşıyıcısı olarak kullanılır. farklı bölgeler(telefon, radyo, uzaktan kumanda, kapı kilitleme düğmesi vb.).

Bazı durumlarda başıboş akımlar veya kısa devre akımları gibi istenmeyen elektrik akımları ortaya çıkar.

Elektrik akımının enerji taşıyıcısı olarak kullanılması

• alma mekanik enerji her türlü elektrik motorunda,
• ısıtma cihazlarında, elektrikli fırınlarda, elektrik kaynağı sırasında termal enerji elde edilmesi,
• Aydınlatma ve sinyalizasyon cihazlarında ışık enerjisinin elde edilmesi,
• yüksek frekanslı elektromanyetik salınımların uyarılması, ultra yüksek frekans ve radyo dalgaları,
• ses alma,
• elektroliz yoluyla çeşitli maddelerin elde edilmesi, elektrik pillerinin şarj edilmesi. Burada elektromanyetik enerji kimyasal enerjiye dönüştürülür.
• manyetik alan yaratmak (elektromıknatıslarda).

Elektrik akımının tıpta kullanımı

• teşhis - sağlıklı ve hastalıklı organların biyoakımları farklıdır ve hastalığı, nedenlerini belirlemek ve tedaviyi reçete etmek mümkündür. Vücuttaki elektriksel olayları inceleyen fizyoloji dalına elektrofizyoloji denir.
  • Elektroensefalografi - araştırma yöntemi işlevsel durum beyin.
  • Elektrokardiyografi, kalp aktivitesi sırasında elektrik alanlarını kaydetmek ve incelemek için kullanılan bir tekniktir.
  • Elektrogastrografi midenin motor aktivitesini incelemek için kullanılan bir yöntemdir.
  • Elektromiyografi, iskelet kaslarında ortaya çıkan biyoelektrik potansiyelleri incelemek için kullanılan bir yöntemdir.
• Tedavi ve canlandırma: Beynin belirli bölgelerinin elektriksel olarak uyarılması; Parkinson hastalığının ve epilepsi tedavisinin yanı sıra elektroforez için de kullanılır. Kalp kasını uyaran kalp pili darbe akımı Bradikardi ve diğer kardiyak aritmiler için kullanılır.

elektrik güvenliği

Yasal, sosyo-ekonomik, organizasyonel ve teknik, sıhhi ve hijyenik, tedavi ve önleyici, rehabilitasyon ve diğer önlemleri içerir. Elektrik güvenliği kuralları yasal ve teknik belgeler, düzenleyici ve teknik çerçeve ile düzenlenmektedir. Elektrik tesisatlarına ve elektrikli ekipmanlara bakım yapan personel için elektrik güvenliğinin temellerini bilmek zorunludur. İnsan vücudu elektrik akımının iletkenidir. Kuru ve sağlam ciltte insanın direnci 3 ila 100 kOhm arasında değişir.

Bir insan veya hayvan vücudundan geçen bir akım aşağıdaki etkileri yaratır:

• termal (yanıklar, ısınma ve kan damarlarında hasar);
• elektrolitik (kanın ayrışması, fiziksel ve kimyasal bileşimin bozulması);
• biyolojik (vücut dokularının tahrişi ve uyarılması, kasılmalar)
• mekanik (kan akışıyla ısıtılarak elde edilen buhar basıncının etkisi altında kan damarlarının yırtılması)

Elektrik çarpmasının sonucunu belirleyen ana faktör, insan vücudundan geçen akımın miktarıdır. Güvenlik önlemlerine göre elektrik akımı şu şekilde sınıflandırılır:

• “güvenli”, insan vücudundan uzun süreli geçişi kendisine zarar vermeyen ve herhangi bir his uyandırmayan, değeri 50 μA'yı (alternatif akım 50 Hz) ve 100 μA doğru akımı aşmayan bir akım olarak kabul edilir;
• İnsanlar için "algılanabilen minimum" alternatif akım yaklaşık 0,6-1,5 mA (50 Hz alternatif akım) ve 5-7 mA doğru akımdır;
• "Serbest bırakılmayan" eşik, bir kişinin artık irade gücüyle ellerini akım taşıyan kısımdan ayıramayacağı kadar güçlü olan minimum akımdır. Alternatif akım için yaklaşık 10-15 mA, doğru akım için 50-80 mA'dır;
• "Fibrilasyon eşiği", yaklaşık 100 mA'lik bir alternatif akım (50 Hz) gücü ve 300 mA'lık bir doğru akımdır; bunun etkisi, 0,5 saniyeden uzun süre boyunca kalp kaslarında fibrilasyona neden olabilir. Bu eşik aynı zamanda insanlar için şartlı olarak ölümcül kabul edilir.

Rusya'da, tüketicilerin elektrik tesisatlarının teknik işletimine ilişkin Kurallara uygun olarak (13 Ocak 2003 tarihli ve 6 sayılı Rusya Federasyonu Enerji Bakanlığı Emri “Elektrik tesisatlarının teknik işletimine ilişkin Kuralların onaylanması üzerine) Tüketiciler”) ve elektrik tesisatlarının işletimi sırasında işgücünün korunmasına ilişkin Kurallar (27 Aralık 2000 tarihli Rusya Federasyonu Enerji Bakanlığı Emri N 163 “İşletmenin İşgücünün Korunmasına İlişkin Endüstrilerarası Kuralların (Güvenlik Kuralları) onaylanması üzerine) Elektrik Tesisatları") kapsamında, çalışanın vasıf ve tecrübesi ile elektrik tesisatlarının voltajına bağlı olarak elektrik güvenliğine yönelik 5 yeterlilik grubu oluşturulmuştur.

Notlar

• Baumgart K.K., Elektrik akımı.
• GİBİ. Kasatkin. Elektrik Mühendisliği.
• GÜNEY. Sindeev. Elektronik elemanlarla elektrik mühendisliği.

Elektrik akımı, negatif yüklü temel parçacıkların - elektronların düzenli bir akışıdır. Elektrik evlerin ve sokakların aydınlatılması, ev ve endüstriyel ekipmanların işlevselliğinin sağlanması, şehir içi ve ana hat elektrikli taşımacılığın hareketi vb. için gerekli.

Elektrik

• R n – yük direnci
• A – gösterge
• K – devre anahtarı

Akım– iletkenin kesitinden birim zamanda geçen yüklerin sayısı.

• ben – mevcut güç
• q – elektrik miktarı
• t – zaman

Akım birimine amper A denir ve adını Fransız bilim adamından alır. Amper.

1A = 10 3 mA = 10 6 µA

Elektrik akımı yoğunluğu

Elektrik akımı belirli birimlerde ifade edilen niceliksel değerlere sahip bir dizi fiziksel özelliğin doğasında var. Ana fiziksel özellikler Elektrik akımı onun gücü ve kuvvetidir. Mevcut güç Kantitatif olarak amper cinsinden ifade edilir ve mevcut güç watt cinsinden ifade edilir. Eşit derecede önemli bir fiziksel nicelik, elektrik akımının veya akım yoğunluğunun vektör özelliğidir. Özellikle enerji hatlarının tasarımında akım yoğunluğu kavramından yararlanılmaktadır.

• J – elektrik akımı yoğunluğu A / MM 2
• S - kesit alanı
• ben – şu anki

Doğru ve alternatif akım

Tüm elektrikli cihazlara güç verilir kalıcı veya alternatif akım.

Elektrik yönü ve değeri değişmeyen şeye denir. kalıcı.

Elektrik Yönü ve değeri değişebilen şeye denir değişkenler.

Birçok elektrikli cihazın güç kaynağı gerçekleştirilir alternatif akım değişimi grafiksel olarak sinüzoid olarak temsil edilir.

Elektrik Akımının Kullanımı

İnsanoğlunun en büyük başarısının keşif olduğu rahatlıkla söylenebilir. elektrik akımı ve kullanımı. İtibaren elektrik akımı evlerdeki sıcaklık ve ışığa, dış dünyadan gelen bilgi akışına, gezegenin farklı yerlerinde bulunan insanların iletişimine ve çok daha fazlasına bağlıdır.

Elektriğin yaygınlaşması olmadan modern yaşam düşünülemez. Elektrikİnsan faaliyetinin kesinlikle tüm alanlarında mevcuttur: sanayide ve tarımda, bilimde ve uzayda.

Elektrik aynı zamanda sabit bir bileşendir gündelik Yaşam kişi. Elektriğin bu kadar yaygın dağıtımı, benzersiz özellikleri nedeniyle mümkün olmuştur. Elektrik enerjisi anında iletilebilir büyük mesafeler ve farklı bir oluşumun çeşitli enerji türlerine dönüştürülebilir.

Ana tüketiciler elektrik enerjisi sanayi ve imalat sektörleridir. Elektrik yardımıyla çeşitli mekanizmalar ve cihazlar devreye sokularak çok aşamalı teknolojik süreçler gerçekleştirilir.

Ulaştırmanın işleyişini sağlamada elektriğin rolünü abartmak imkansızdır. Demiryolu taşımacılığı neredeyse tamamen elektrikli. Demiryolu taşımacılığının elektrifikasyonu, karayolu kapasitesinin sağlanmasında, seyahat hızının arttırılmasında, yolcu taşıma maliyetlerinin azaltılmasında ve yakıt ekonomisi sorununun çözülmesinde önemli bir rol oynamıştır.

Elektriğin varlığı, insanlara konforlu yaşam koşullarının sağlanması için vazgeçilmez bir koşuldur. Tüm ev aletleri: televizyonlar, çamaşır makineleri, mikrodalga fırınlar, ısıtma cihazları - ancak elektrik üretiminin gelişmesi sayesinde insan hayatındaki yerini buldu.

Medeniyetin gelişmesinde elektriğin öncü rolü yadsınamaz. İnsanoğlunun hayatında elektrik enerjisi tüketmeden yapabileceği ve yerini kas gücünün alabileceği hiçbir alan yoktur.

Yüklü parçacıkların bir elektrik alanında yönlendirilmiş hareketi.

Yüklü parçacıklar elektronlar veya iyonlar (yüklü atomlar) olabilir.

Bir veya daha fazla elektron kaybeden atom kazanır pozitif yük. - Anyon (pozitif iyon).
Bir veya daha fazla elektron kazanan atom negatif yük kazanır. - Katyon (negatif iyon).
İyonlar sıvı ve gazlarda hareketli yüklü parçacıklar olarak kabul edilir.

Metallerde yük taşıyıcıları, negatif yüklü parçacıklar gibi serbest elektronlardır.

Yarı iletkenlerde, negatif yüklü elektronların bir atomdan diğerine hareketini (hareketini) ve bunun sonucunda ortaya çıkan pozitif yüklü boş yerlerin - deliklerin atomları arasındaki hareketi dikkate alırız.

Arka elektrik akımının yönü Pozitif yüklerin hareket yönü geleneksel olarak kabul edilir. Bu kural elektronun incelenmesinden çok önce belirlenmiş ve günümüze kadar geçerliliğini korumuştur. Pozitif bir test yükü için elektrik alan kuvveti de belirlenir.

Herhangi bir tek şarj için Q yoğunluktaki bir elektrik alanında e kuvvet eylemleri F = qE yükü bu kuvvetin vektörü yönünde hareket ettirir.

Şekil kuvvet vektörünün F - = -qE, negatif bir yük üzerinde hareket eden -Q, vektörün çarpımı olarak alan şiddeti vektörünün tersi yönde yönlendirilir e negatif bir değere. Sonuç olarak, metal iletkenlerde yük taşıyıcısı olan negatif yüklü elektronlar, aslında alan kuvveti vektörüne ve genel olarak kabul edilen elektrik akımı yönüne zıt bir hareket yönüne sahiptir.

Ücret tutarı Q= 1 Coulomb zamanla iletkenin kesitinden geçti T= 1 saniye, mevcut değere göre belirlenir BEN= 1 Amper oranından:

ben = Q/t.

Şimdiki oran BEN= 1 Amper iletkenin kesit alanına göre S= 1 m 2 akım yoğunluğunu belirleyecektir J= 1 A/m2:

İş A= Taşıma ücreti için harcanan 1 Joule Q= 1. noktadan 2. noktaya kadar 1 Coulomb, elektrik voltajının değerini belirleyecektir. sen= 1 Volt, potansiyel fark olarak φ 1 ve φ Hesaplamadan bu noktalar arasında 2:

sen = Cevap/Soru = φ 1 - φ 2

Elektrik akımı doğrudan veya alternatif olabilir.

Doğru akım, yönü ve büyüklüğü zamanla değişmeyen bir elektrik akımıdır.

Alternatif akım, büyüklüğü ve yönü zamanla değişen bir elektrik akımıdır.

1826'da Alman fizikçi Georg Ohm, elektrik akımı ile iletkenin özellikleri arasındaki niceliksel ilişkiyi belirleyen ve elektrik akımına dayanma yeteneklerini karakterize eden önemli bir elektrik yasasını keşfetti.
Bu özelliklere daha sonra harfle gösterilen elektriksel direnç adı verilmeye başlandı. R ve kaşifin onuruna Ohm cinsinden ölçülmüştür.
Ohm yasası, klasik U/R oranını kullanan modern yorumuyla, bir iletkendeki elektrik akımı miktarını voltaja dayalı olarak belirler. sen bu iletkenin uçlarında ve direncinde R:

İletkenlerdeki elektrik akımı

İletkenler, bir elektrik alanının etkisi altında hareket eden ve bir elektrik akımı oluşturan serbest yük taşıyıcıları içerir.

Metal iletkenlerde yük taşıyıcıları serbest elektronlardır.
Sıcaklık arttıkça atomların kaotik termal hareketi elektronların yönsel hareketine müdahale eder ve iletkenin direnci artar.
Soğuduğunda ve sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştığında, termal hareket durduğunda metalin direnci sıfıra yönelir.

Sıvılardaki (elektrolitler) elektrik akımı, elektrolitik ayrışma sürecinde oluşan yüklü atomların (iyonların) yönlendirilmiş hareketi olarak mevcuttur.
İyonlar zıt işaretli elektrotlara doğru hareket eder ve nötralize edilerek üzerlerine yerleşir. - Elektroliz.
Anyonlar pozitif iyonlardır. Negatif elektroda, yani katoda doğru hareket ederler.
Katyonlar negatif iyonlardır. Pozitif elektroda, yani anoda doğru hareket ederler.
Faraday'ın elektroliz yasaları elektrotlara salınan maddenin kütlesini belirler.
Isıtıldığında, iyonlara ayrışan molekül sayısındaki artış nedeniyle elektrolitin direnci azalır.

Gazlarda elektrik akımı - plazma. Elektrik yükü, radyasyonun etkisi altında oluşan pozitif veya negatif iyonlar ve serbest elektronlar tarafından taşınır.

Boşlukta katottan anoda doğru elektron akışı şeklinde bir elektrik akımı vardır. Elektron ışını cihazlarında - lambalarda kullanılır.

Yarı iletkenlerde elektrik akımı

Yarı iletkenler işgal ediyor ara konum iletkenler ve dielektrikler arasında dirençlerine göre.
Yarı iletkenler ve metaller arasındaki önemli bir fark onların bağımlılığı olarak düşünülebilir. direnç sıcaklık üzerinde.
Sıcaklık düştükçe metallerin direnci azalır, yarı iletkenlerde ise tam tersi artar.
Sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça, metaller süperiletkenlere, yarı iletkenler ise yalıtkanlara dönüşme eğilimindedir.
Önemli olan şu ki tamamen sıfır Yarı iletkenlerdeki elektronlar atomlar arasında kovalent bağlar oluşturmakla meşgul olacak kristal kafes ve ideal olarak serbest elektron olmayacak.
Sıcaklık arttıkça değerlik elektronlarından bazıları kırılmaya yetecek kadar enerji alabilir. kovalent bağlar ve kristalde serbest elektronlar görünecek ve kırılma noktalarında delik adı verilen boşluklar oluşacaktır.
Boş yer, komşu bir çiftten gelen bir değerlik elektronu tarafından doldurulabilir ve delik, kristalde yeni bir yere taşınacaktır.
Serbest bir elektron bir delikle karşılaştığında, yarı iletkenin atomları arasındaki elektronik bağ yeniden kurulur ve ters işlem meydana gelir; rekombinasyon.
Elektron deliği çiftleri Elektromanyetik radyasyonun enerjisi nedeniyle bir yarı iletkeni aydınlatırken ortaya çıkabilir ve yeniden birleşebilir.
Elektrik alanının yokluğunda elektronlar ve delikler kaotik termal harekete katılır.
Ortaya çıkan serbest elektronların yanı sıra pozitif yüklü parçacıklar olarak kabul edilen delikler de düzenli hareketle elektrik alanına katılır. Akım BEN bir yarı iletkende elektrondan oluşur İçinde ve delik IP akıntılar

Yarı iletkenler germanyum, silikon, selenyum, tellür, arsenik vb. gibi kimyasal elementleri içerir. Doğada en yaygın yarı iletken silikondur.

Yorum ve önerileriniz kabul edilir ve memnuniyetle karşılanır!

ELEKTRİK AKIMLARI

değiştirmek 22.10.2013 tarihinden itibaren - ( )

Maddenin tanımlamak istediğimiz bir özelliği, madde ile atom altı parçacık olan elektron arasındaki etkileşimden kaynaklanmaktadır. Bu özellik elektrik akımı olarak anlaşılmaktadır. Her ne kadar bu açıklama kökten farklı olsa da modern anlayış, elektron nedir ve elektrik akımında nasıl bir rol oynar, aslında kavramın kendisi ancak bu makaleyi okuyarak anlaşılabilir. Sunulan materyali daha derinlemesine anlamak için Dewey B. Larson'un kitabının ilk cildini okumanız tavsiye edilir. "Fiziksel Evrenin Yapısı" olup, bu makalenin esası aynı serinin ikinci cildinden alınmıştır. Bu nedenle ikinci cildi alırsanız, bu materyali orada bulacaksınız, ancak daha genişletilmiş bir biçimde, bu da anlaşılmasını zorlaştırıyor. Bu makale, elektrik akımının özüne ilişkin genel bir anlayış kazandırmayı amaçlamaktadır ve işin özünü kavradığınızda, ayrıntıları da anlayacaksınız.

Böylece Larson, geleneksel bilimde yaygın olarak inanıldığı gibi, Evrenin yalnızca maddenin uzay-zaman yapısından ibaret olmadığını fark etti. Evrenin, uzay ve zamanın hareketin birbirine bağımlı ve var olmayan iki yönü olduğu ve başka hiçbir anlamı olmayan bir Hareket olduğunu keşfetti. İçinde yaşadığımız evren, bir madde evreni değil, bir hareket evreni, temel gerçekliğin hareket olduğu, madde de dahil olmak üzere tüm fiziksel gerçekliklerin ve olguların, üç boyutta var olan, sadece hareketin tezahürleri olduğu bir evrendir. ayrı birimler halinde ve birbirine bağlı iki yönü olan uzay ve zaman. Uzaya maddi sektör, zamana ise kozmik sektör denir. Hareketlerin kendisi ve bunların kombinasyonları hem uzayda (pozitif yer değiştirme) hem de zamanda (negatif yer değiştirme) veya her ikisinde de aynı anda var olabilir; tek boyutlu, iki boyutlu veya üç boyutlu olabilir. Dahası, tek boyutlu hareketler elektriksel olaylarla, iki boyutlu hareketler manyetik hareketlerle ve üç boyutlu hareketler yerçekimiyle ilişkilendirilebilir. Buna göre bir atom basitçe hareketlerin birleşimidir. Radyasyon harekettir, yerçekimi harekettir, elektrik yükü harekettir vb.

Hiçbir şey anlamadıysanız önce okuyun.

Cilt 1'de belirtildiği gibi elektron benzersiz bir parçacıktır. Bu, etkili bir negatif dönüş eğilimine sahip olan, malzeme dönüşü temelinde oluşturulan tek parçacıktır. Birden fazla negatif dönüş birimi, taban dönüşünün bir pozitif dönüş birimini aşacak ve sonuç olarak olumsuz değer toplam rotasyon. Ancak elektron için sonuçta ortaya çıkan toplam dönüş pozitiftir, ancak bir pozitif ve bir negatif birim içerir, çünkü pozitif birim iki boyutlu, negatif birim ise tek boyutludur.

Yani esasen, elektron uzayın dönen bir biriminden başka bir şey değil. Bu kavram çoğu insanın onunla ilk karşılaştığında anlaması oldukça zordur çünkü çevremizi uzun ama eleştirmeden inceleyerek edindiğimiz uzayın doğası fikriyle çelişir. Ancak bilim tarihi, tanıdık ve oldukça benzersiz bir olgunun, tüm üyeleri aynı fiziksel anlama sahip olan genel bir sınıfın yalnızca bir üyesi olduğunun keşfedildiği örneklerle doludur. İyi örnek– enerji. Ortaçağ'da modern bilimin temellerini atan araştırmacılar için, hareket eden cisimlerin hareket nedeniyle kalıcı olma özelliğine "devindirici güç" deniyordu; Bizim için “kinetik enerji”nin kendine has bir doğası var. Sabit bir tahta çubuğun, kimyasal bileşimi nedeniyle bir "hareket kuvvetine" eşdeğer bir şey içerdiği fikri, günümüzün çoğu insanına, uzayın dönen birimi kavramı kadar yabancıydı. Ancak kinetik enerjinin genel olarak enerji türlerinden yalnızca biri olduğunun keşfi, fiziksel anlayışta önemli ilerlemelerin kapısını açtı. Benzer şekilde, günlük deneyimlerimizin "uzay"ının (Larson'un çalışmasında adlandırıldığı şekliyle genişleme uzayı), bir bütün olarak uzayın yalnızca bir tezahürü olduğunun keşfi, uzayla ilgili fenomenler de dahil olmak üzere, fiziksel evrenin birçok yönünü anlamanın kapısını açar. Elektronların madde içindeki hareketi.

Hareket evreninde -ayrıntılarını geliştirmekte olduğumuz evrende- uzay, fiziksel olgulara yalnızca hareketin bir bileşeni olarak girer. Ve çoğu amaç için, uzayın özgül doğası önemsizdir, tıpkı fiziksel bir sürece giren belirli enerji türünün genellikle sürecin sonucuyla ilgili olmaması gibi. Dolayısıyla elektronun dönen bir uzay birimi olma durumu ona şunu verir: özel rol evrenin fiziksel aktivitesinde. Şimdi şunu belirtmek gerekir ki tartıştığımız elektron herhangi bir yük taşımıyor. Bir elektron iki hareketin birleşimidir: temel titreşim ve titreşen ünitenin dönüşü. Daha sonra göreceğimiz gibi, elektrik yükü iki bileşenin birleşimi üzerine yüklenebilen ek bir harekettir. Yüklü elektronların davranışı hazırlık çalışmaları yapıldıktan sonra dikkate alınacaktır. Şimdi endişeleniyoruz yüksüz elektronlar.

Bir uzay birimi olarak yüksüz bir elektron, uzayın uzaya oranı hareket teşkil etmediğinden (Larson'un önermelerinden) devam uzayında hareket edemez. Ancak belirli koşullar altında, maddenin nihai, pozitif veya geçici yer değiştirmeye sahip hareketlerin bir birleşimi olması nedeniyle sıradan madde içinde hareket edebilir ve uzayın zamanla ilişkisi hareketi oluşturur. Elektronların katı maddedeki hareketine ilişkin modern görüş, elektronların atomlar arasındaki boşluklarda hareket ettiği yönündedir. Daha sonra elektron akışına karşı direncin sürtünmeye benzer olduğu kabul edilir. Keşfimiz şudur: Elektronlar (uzay birimleri) maddede bulunur ve maddenin devam uzayında hareket ettiği gibi madde içinde de hareket ederler.

Elektronların madde içindeki yönsel hareketi elektrik akımı olarak tanımlanacaktır.. İçinden akımın geçtiği maddenin atomları bir bütün olarak katı agreganın yapısına göre hareketsizse, elektronların (uzay) madde içindeki sürekli hareketi, maddenin uzaydaki hareketi ile aynı genel özelliklere sahiptir. Newton'un birinci yasasını (eylemsizlik yasası) takip eder ve enerji eklemeden süresiz olarak devam edebilir. Bu durum olarak bilinen bir olayda ortaya çıkar. süperiletkenlik Bu, birçok maddede çok düşük sıcaklıklarda deneysel olarak gözlemlendi. Ancak malzeme kümesinin atomları aktif sıcaklık hareketi içindeyse ( sıcaklık tek boyutlu bir hareket türüdür), elektronların madde içindeki hareketi, sıcaklık hareketinin uzaysal bileşenine katkıda bulunur (yani hızı artırır) ve böylece hareketli atomlara enerji (ısı) verir.

Akımın büyüklüğü, birim zaman başına düşen elektron sayısı (uzay birimi) ile ölçülür.. Birim zaman başına uzay birimi hızın tanımıdır, dolayısıyla elektrik akımı hızdır. İLE matematiksel nokta Bakış açısına göre kütlenin uzantılar uzayında mı yoksa uzayın kütle içinde mi hareket ettiği önemli değildir. Bu nedenle, elektrik akımıyla ilgilenirken, elektriğin mekanik yönleriyle ilgileniyoruz ve akım olgusu, uzaydaki olağan hareket için geçerli olan aynı matematiksel denklemlerle, eğer bu tür farklılıklar varsa, koşullardaki farklılıklar nedeniyle gerekli değişiklikler yapılarak açıklanabilir. var olmak. Aynı birimler kullanılabilir, ancak tarihsel nedenlerden ve kolaylık sağlamak amacıyla modern uygulamalarda ayrı bir birim sistemi kullanılır.

Mevcut elektriğin temel birimi miktar birimidir. Doğal referans çerçevesinde bu, bir birimlik hız yer değiştirmesine sahip bir elektronun uzaysal yönüdür. Bu nedenle miktar Q uzayın eşdeğeridir S. Akımın akışında enerji, mekanik ilişkilerdekiyle aynı statüdedir ve t/s uzay-zaman boyutlarına sahiptir. Enerjinin zamana bölümü güçtür, 1/s. Akımın s/t hızı boyutlarına sahip başka bir alt bölümü, 1/s x t/s = t/s² boyutlarında bir elektromotor kuvvet (emk) yaratır. Elbette bunlar genel olarak kuvvetin uzay-zaman boyutlarıdır.

Dönem " elektrik potansiyeli Genellikle emk'ye alternatif olarak kullanılır, ancak daha sonra tartışılacak nedenlerden dolayı "potansiyel" kelimesini bu anlamda kullanmayacağız. Eğer emk'den daha uygun bir terim uygunsa, "voltaj" terimini, sembolü U'yu kullanacağız.

t/s² gerilimini akım s/t'ye bölerek t²/s³ elde ederiz. Sembolü R olan bu direnç, şu ana kadar dikkate alınan ve bilinen mekanik miktara eşdeğer olmayan tek elektriksel miktardır. Direncin gerçek doğası, uzay-zamansal yapısının incelenmesiyle ortaya çıkar. t²/s³ ölçümleri, t³/s³ kütlesinin t zamanına bölünmesine eşdeğerdir. Buradan, direnç birim zaman başına kütledir. Uzayın (elektronların) madde içindeki hareketine dahil olan kütle miktarının, maddenin devam uzayındaki hareketinde olduğu gibi sabit bir nicelik değil, bir nicelik olduğunu fark edersek, böyle bir niceliğin önemi kolaylıkla görülür. bu elektronların momentumuna bağlıdır. Madde devam uzayında hareket ettiğinde kütle sabittir ve uzay hareketin süresine bağlıdır. Akım aktığında uzay (elektron sayısı) sabittir ve kütle, hareketin süresine bağlıdır. Akış kısa ömürlüyse, her elektron zincirdeki toplam kütle miktarının yalnızca küçük bir kısmı boyunca hareket edebilir, ancak akış uzun ömürlüyse zincirin tamamından tekrar geçebilir. Her iki durumda da, akımın içerdiği toplam kütle, birim zaman başına kütle (direnç) ile akış süresinin çarpımının ürünüdür. Madde uzantılar uzayında hareket ettiğinde genel uzay da aynı şekilde belirlenir; yani birim zaman (hız) başına uzay ile hareket zamanının çarpımıdır.

Direnci maddenin bir özelliği olarak ele alırken esas olarak ilgileneceğiz. direnç veya söz konusu maddenin birim küpünün direnci olarak tanımlanan direnç. Direnç, akımın kat ettiği mesafe ile doğru orantılı, iletkenin kesit alanı ile ters orantılıdır. Buradan, birim alan başına direnci çarpar ve birim mesafeye bölersek, t²/s² ölçümlerine sahip, yalnızca malzemenin ve çevre koşullarının (temel olarak sıcaklık ve basınç) doğal özelliklerini yansıtan ve dış etkenlere bağlı olmayan bir değer elde ederiz. iletkenin geometrik yapısı. Direncin veya direncin ters kalitesi - iletkenlik ve elektriksel iletkenlik sırasıyla.

Direncin uzay-zaman boyutlarını açıklığa kavuşturduktan sonra, direnç ile diğer elektriksel büyüklükler arasındaki ampirik olarak belirlenmiş ilişkilere dönebilir ve uzay-zaman tanımlarının tutarlılığını doğrulayabiliriz.

Gerilim: U = IR = s/t x t²/s³ = t/s²
Güç: P = I&destek2R = t&destek2/s&destek2 x t&destek2/s&destek3 = 1/s
Enerji: E = I²Rt = s²/t² x t²/s³ x t = t/s

Enerji denklemi, elektriksel ve mekanik olayların matematiksel ifadelerinin denkliğini gösterir. Direnç birim zaman başına kütle olduğundan, direnç ve Rt süresinin çarpımı kütle m'ye eşdeğerdir. Akım, I, hız v'dir. Dolayısıyla elektrik enerjisi RtI² ifadesi kinetik enerji 1/2mv² ifadesine eşdeğerdir. Başka bir deyişle RtI² değeri elektron hareketinin kinetik enerjisidir.

Direnç, zaman ve akım kullanmak yerine enerjiyi U voltajı (IR'ye eşdeğer) ve büyüklük q (It'ye eşdeğer) cinsinden ifade edebiliriz. O halde enerji (veya iş) miktarının ifadesi W = Uq olur. Burada elektriğin uzayın eşdeğeri olarak tanımının bir miktar doğrulanmasıyla karşı karşıyayız. Standart fizik ders kitaplarından birinde tanımlandığı gibi kuvvet “iyi tanımlanmış bir kuvvettir”. vektör miktarı nesnelerin hareketinde bir değişiklik yaratıyor.” Emk veya voltaj bu tanıma uyuyor. Elektronların voltaj düşüşü yönünde hareketini yaratır. Enerji kuvvet ve mesafenin ürünüdür. Elektrik enerjisi Uq kuvvet ve miktarın ürünüdür. Bundan, elektrik miktarının mesafeye eşdeğer olduğu sonucu çıkar; yüksüz elektronun doğası hakkında çıkardığımız sonuçla aynı sonuç.

Geleneksel bilimsel düşüncede, elektrik enerjisinin genel olarak bir enerji türü olarak durumu, başka herhangi bir biçime dönüştürülebildiği için olduğu gibi kabul edilir, ancak elektrik veya elektromotor kuvvetin bir kuvvet biçimi olarak durumu genel olarak kabul edilmez. . Eğer bu kabul edilirse, önceki paragrafta varılan sonuç kaçınılmaz olacaktır. Ancak gözlemlenen gerçeklerin hükmü, elektrik miktarının ve uzayın tamamen farklı nitelikte varlıklar olduğu yönündeki genel izlenim tarafından göz ardı ediliyor.

Elektrik olaylarını inceleyen önceki öğrenciler, volt cinsinden ölçülen bir miktarın kuvvet özelliklerine sahip olduğunu fark ettiler ve onu buna göre adlandırdılar. Modern teorisyenler, elektrik akımının doğasına ilişkin görüşleriyle çeliştiği için bu tanımı reddediyorlar. Örneğin, W. J. Duffin elektromotor kuvvetin (emk) bir tanımını sunuyor ve ardından şöyle diyor:
“İsmine rağmen kesinlikle bir kuvvet değildir ancak yük bir daire içinde (yani bir elektrik devresinde) hareket ediyorsa pozitif yük birimi başına yapılan işe eşittir; dolayısıyla bu birim volttur.”

Birim alan başına yapılan iş kuvvettir. Yazar, yük olarak adlandırdığı hareketli varlığın uzaya eşdeğer olmadığına inanmaktadır. Böylece voltla ölçülen bir miktarın kuvvet olamayacağı sonucuna varır. Onun yanıldığına ve hareket eden varlığın bir yük değil, dönen bir uzay birimi (yüksüz bir elektron) olduğuna inanıyoruz. Daha sonra Volt cinsinden ölçülen elektromotor kuvvet aslında kuvvettir. Aslında Duffin, başka bir bağlamda şunu söyleyerek bu gerçeği kabul ediyor: “U/n (metre başına volt), N/C (coulomb başına newton) ile aynıdır.”. Her ikisi de gerilim farkını kuvvet bölü uzay cinsinden ifade eder.

Geleneksel fiziksel teori, elektrik miktarının veya elektrik yükünün doğasına ilişkin bir fikir sunma iddiasında değildir. Sadece şunu itiraf ediyor: Çünkü Bilimsel araştırma Elektrik yükünün doğası hakkında herhangi bir açıklama sağlayamadığı için diğer temel şeylerden bağımsız benzersiz bir varlık olması gerekir. fiziksel varlıklar doğanın “verili” özelliklerinden biri olarak kabul edilmelidir. Ayrıca, elektrostatik olaylarda önemli bir rol oynayan, doğası bilinmeyen bu varlığın, elektriğin akışında önemli bir rol oynayan, doğası bilinmeyen, elektrik miktarı olan varlıkla aynı olduğu varsayılmaktadır.

Yukarıdaki varsayımlara dayanan ve artık hareket evreni teorisinden türetilen fiziksel temellerin daha kapsamlı bir şekilde anlaşılmasının ışığında ele alabileceğimiz geleneksel elektrik akımı teorisinin en önemli zayıflığı, elektronlara iki farklı ve uyumsuz rol atar. Mevcut teoriye göre bu parçacıklar bileşenler Atomik yapı göz önüne alındığında, en azından bazılarının iletkene uygulanan herhangi bir elektriksel kuvvete serbestçe uyarlanabileceği düşünülebilir. Bir yandan, her parçacık atomun geri kalanına o kadar sıkı bağlıdır ki, atomun özelliklerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynar ve onu atomdan ayırmak için önemli bir kuvvete (iyonlaşma potansiyeli) ihtiyaç vardır. . Öte yandan elektronlar o kadar serbest hareket ederler ki, büyüklüğü sıfırdan biraz büyük olan termal veya elektriksel kuvvetlere tepki verirler. İletkenin elektrik akımı taşımasına rağmen elektriksel olarak nötr olduğunu düşünürsek, bunların bir iletkende belirli miktarlarda bulunması gerekir. Aynı zamanda yeterli miktarda kinetik enerji elde etmeleri koşuluyla iletkeni serbestçe (büyük veya küçük miktarlarda) terk etmeleri gerekir.

Teorilerin elektronları iki farklı ve birbiriyle çelişen işlevi yerine getirmeye çağırdığı açık olmalıdır. Onlara atfedildi anahtar konum hem atom yapısı teorisinde hem de elektrik akımı teorisinde, bir teorinin gerektirdiği işlevleri yerine getirmek için sahip olmaları gereken özelliklerin, diğer teoride gerçekleştirmeyi amaçladıkları işlevlere müdahale ettiği gerçeği göz ardı ediliyor.

Hareket evreni teorisinde bu fenomenlerin her biri farklı bir fiziksel varlığı içerir.. Atomik yapının birimi elektron değil, dönme hareketinin birimidir. Atomik bir bileşen için gerekli olan bir tür kalıcı statüye sahiptir. Elektron, yüksüz ve atomik yapıya herhangi bir bağlantısı olmayan, serbestçe hareket eden bir elektrik akımı birimi olarak mevcuttur.

Ters Sistem teorisinin temel önermesi, fiziksel evrenin bir hareket evreni, tüm varlıkların ve fenomenlerin hareketler, hareketlerin kombinasyonları veya hareketler arasındaki ilişkiler olduğu bir evren olduğunu söylüyor. Böyle bir evrende tüm temel olgular açıklanabilir. Bridgman'ın ifadesiyle "analiz edilemeyen" hiçbir şey yoktur. Hareket evreninin temel varlıkları ve olguları (ışıma, yerçekimi, madde, elektrik, manyetizma vb.) uzay ve zaman terimleriyle tanımlanabilir. Geleneksel fizik teorisinin aksine Ters Sistem, kendi konumunu terk etmemelidir. basit elementler metafizik gizemin insafına kalmıştır. Britannica Ansiklopedisi'nde yer alan aşağıdaki açıklamanın belirttiği gibi, bu durum onları fiziksel incelemenin dışında bırakmamalı:

““Elektrik nedir?” sorusu, “Madde nedir?” sorusu gibi, fizik alanının dışında yer alır ve metafizik alanına aittir.”

Tamamen hareketten oluşan bir evrende, fiziksel varlığa ait elektrik yükünün mutlaka hareket olması gerekir. Daha sonra karşılaşılan sorun teorik araştırma, “Elektrik yükü nedir?” sorusunun cevabı değil, tanımıdır. Ne tür bir hareket kendini yük olarak gösterir?. Yükün tamamlayıcı hareket olarak tanımlanması, yalnızca deneysel olarak gözlemlenen yüklü elektron ile elektrik akımında yalnızca hareketli bir varlık olarak bilinen yüksüz elektron arasındaki ilişkiyi açıklığa kavuşturmakla kalmaz, aynı zamanda aralarındaki alışverişi de açıklar. sürece yalnızca tek bir varlığın dahil olduğu görüşü; suçlama. Bu görüşün ancak uzun ve hararetli bir tartışmanın ardından genel kabul görmeye başladığı her zaman hatırlanmaz. Statik ve güncel olaylar arasında benzerlikler vardır ancak önemli farklılıklar da vardır. Günümüzde elektriğin herhangi bir türü için teorik bir açıklamanın bulunmaması nedeniyle, yüklü ve yüksüz elektronların benzerlikleri nedeniyle aynı mı, yoksa farklılıkları nedeniyle karşılaştırılamaz mı olduğu sorusu cevaplanması gereken bir sorudur. Kimlik lehine karar galip geldi, ancak zamanla bu kararın geçerliliğine karşı birçok kanıt birikti.

İkisinde de benzerlikler açıkça görülüyor genel türler x: (1) yüklü parçacıkların ve elektrik akımlarının bazı özellikleri benzerdir; (2) birinden diğerine geçişler gözlenir. Yüklü bir elektronun yüksüz bir elektron olarak tanımı ek hareket her iki benzerlik türünü de açıklar. Örneğin, hızla hareket eden bir yükün elektrik akımıyla aynı manyetik özelliklere sahip olduğunun gösterilmesi, yıllar önce elektrik akımı "yük" teorisinin savunucularının kazandığı zaferde önemli bir faktördü. Ancak keşiflerimiz, hareket eden varlıkların elektronlar veya diğer yük taşıyıcıları olduğunu gösteriyor; dolayısıyla elektrik yüklerinin varlığı veya yokluğu önemsizdir.

Statik ve hareketli elektronların kimliğini desteklemek için yorumlanan ikinci tür kanıt, elektroliz gibi işlemlerde akan bir elektronun yüklü bir elektronla açıkça yer değiştirmesidir. İşte açıklama: elektrik yükü kolayca yaratılır ve kolayca yok edilir. Herkesin bildiği gibi, modern sentetik elyaflar gibi birçok yüzeyde elektrik akımı oluşturmak için yalnızca küçük bir sürtünme miktarı yeterlidir. Bundan şu sonuç çıkıyor ki, bir diğerine dönüşerek serbest kalabilen formlardan birinde bir enerji konsantrasyonu mevcut olduğunda, yükü oluşturan dönme titreşimi, elektronların hareket tarzına yanıt olarak meydana gelen hareket tarzına izin vermek için ya ortaya çıkar ya da kaybolur. Uygulanan kuvvet.

İki farklı niceliği aynı olarak ele alma ve her ikisi için de aynı birimleri kullanma yönündeki hakim politikayı takip etmek, yalnızca iki farklı kullanımın çoğu durumda kesinlikle ayrı olması nedeniyle mümkündür. Bu koşullar altında, hesaplamalar aynı birimlerin kullanılmasından kaynaklanan hataya yol açmaz, ancak her durumda, eğer bir hesaplama veya teorik değerlendirme her iki türden miktarları içeriyorsa, açık bir ayrım yapılması gerekir.

Bir benzetme olarak suyun özelliklerinin ifade edildiği bir birimler sistemi kurmak istediğimizi varsayabiliriz. Ayrıca ağırlık ve hacim özellikleri arasındaki farkı tanıyamadığımızı ve bu nedenle bunları santimetreküp cinsinden ifade ettiğimizi varsayalım. Bu sistem, bir gramlık ağırlık biriminin kullanılmasına eşdeğerdir. Ve ağırlık ve hacmi ayrı ayrı ele aldığımız sürece, her biri kendi bağlamında, “santimetreküp” ifadesinin birbirinden tamamen farklı iki anlamı olması hiçbir zorluk yaratmaz. Ancak her iki nitelikle aynı anda ilgileniyorsak aralarındaki farkı bilmek önemlidir. Santimetreküpün (ağırlık) santimetreküpe (hacim) bölümü, hesaplamaların gösterdiği gibi boyutsuz bir sayı olarak ifade edilmez; katsayı, ağırlık/hacim boyutlarına sahip fiziksel bir niceliktir. Aynı şekilde elektrik yükü ve elektrik miktarı için de birbirinden bağımsız ve doğru bağlamda çalıştıkları sürece aynı birimleri kullanabiliriz ancak her iki miktar da bir hesaplamaya dahil edilirse veya ayrı ayrı yanlış fiziksel boyutlarla çalışırsa karışıklık ortaya çıkar.

Yüklü ve yüksüz elektronlar arasındaki farkın yanlış anlaşılmasından kaynaklanan boyutsal karışıklık, teorik fizikçiler arasında önemli bir endişe ve kafa karışıklığı kaynağı olmuştur. Boyutlar arasında kapsamlı bir sistematik bağlantı kurulmasının önünde bir engeldi. fiziksel özellikler. Bağlantının temelini keşfedememek, boyutların kendisinde bir sorun olduğunun açık bir göstergesidir, ancak bu gerçeği kabul etmek yerine mevcut tepki, sorunu halının altına süpürmek ve sorunun var olmadığını iddia etmektir. Bir gözlemci resmi şu şekilde görüyor:
“Geçmişte büyüklük konusu tartışmalıydı. Tüm boyutsal formüllerin ifade edilmesi gereken "doğal, rasyonel ilişkileri" keşfetmek için yıllar süren başarısız girişimler gerekti. Artık genel olarak tek bir boyutlandırma formülleri dizisinin olmadığı kabul ediliyor.”

Bu genel bir tepkidir uzun yıllar Hayal kırıklığı, 1. Ciltte tartışılan konuları incelerken sıklıkla karşılaştığımız bir tepkidir. Nesilden nesile araştırmacıların en iyi çabaları belirli bir hedefe ulaşmada başarısız olduğunda, her zaman hedefin kesinlikle ulaşılamaz olduğunu ilan etme yönünde güçlü bir ayartma vardır. Alfred Lande, "Kısacası" diyor, "sorunlu bir durumu açıklığa kavuşturamıyorsanız, bunun açık olduğunu duyurun. "temel ve ardından ilgili prensibi ilan edin." Bu nedenle fizik bilimi açıklamalardan ziyade acizlik ilkeleriyle doludur.

Hareket evreninde her türlü niceliğin boyutları ancak uzay ve zaman cinsinden ifade edilebilir. Temel mekanik niceliklerin uzay-zaman boyutları 1. Cilt'te tanımlanmıştır. Buraya elektrik akımının akışına dahil olan niceliklerin boyutlarını ekliyoruz.

Boyutsal ilişkilerin açıklığa kavuşturulmasına, farklı fiziksel büyüklüklerin doğal büyüklük biriminin tanımı eşlik eder. Elektrik akımlarıyla çalışırken yaygın olarak kullanılan ve mekanik ünitelerden bağımsız olarak geçici olarak geliştirilen ünite sistemi. Rastgele bir sistem ile doğal birimler sistemi arasındaki ilişkiyi kurmak için, daha önce doğal ve doğal birimler arasındaki ilişkilerin belirlenmesinde yapıldığı gibi, değeri doğal bir sistemde belirlenebilen bir fiziksel niceliğin ölçülmesi gerekli olacaktır. Geleneksel uzay, zaman ve kütle birimleri. Bu amaçla, Faraday sabitini, yani elektrik miktarı ile elektrolizde yer alan kütle arasında gözlemlenen ilişkiyi kullanacağız. Bu sabiti (2,89366 x 10 14 ese/g-equiv) atom ağırlığının doğal birimi olan 1,65979 x 10 -24 g ile çarparak, doğal elektrik miktarı birimi olarak 4,80287 x 10 -10 ese elde ederiz.

Başlangıçta, yük biriminin tanımı ( ese Coulomb denkleminin elektrostatik bir ölçüm sisteminde kullanılması, elektriksel büyüklüklerin mekanik bir ölçüm sistemine dahil edilmesinin bir aracı olarak kullanılması planlandı. Ama burada elektrostatik üniteşarj ve ese dahil diğer elektrik üniteleri ayrı sistem t/s'nin elektrik yüküyle tanımlandığı ölçüm.

Elektrik akımının büyüklüğü, birim zamandaki elektron sayısıdır, yani birim zaman veya hız başına uzay birimidir. Bu nedenle akımın doğal birimi, hızın doğal birimi olarak 2,99793 x 10 10 cm/sn olarak ifade edilebilir. Elektriksel açıdan, doğal miktar biriminin doğal zaman birimine bölünmesiyle elde edilen değer, 3,15842 x 10 6 ese/sn veya 1,05353 x 10 -3 ampere eşittir. Bu nedenle, elektrik enerjisinin geleneksel birimi olan watt-saat, 3,6 x 10 10 erg'ye eşittir. Doğal enerji birimi olan 1,49275 x 10 -3 erg, 4,14375 x 10 -14 watt-saat'e eşdeğerdir. Bu birimi doğal zaman birimine bölerek doğal güç birimini elde ederiz - 9,8099 x 10 12 erg/sn = 9,8099 x 10 5 watt. Daha sonra akımın doğal birimine bölmek bize elektromotor kuvvetin veya voltajın doğal birimi olan 9,31146 x 10 8 Volt'u verir. Akıma daha da bölünmesi, 8,83834 x 10 11 ohm'luk doğal direnç birimini verir.

Manyetizmaya modern matematiksel yaklaşımda oynadığı anahtar rol nedeniyle değinilmeyi hak eden bir diğer elektrik miktarı da “akım yoğunluğudur”. “Akış hattına dik bir düzlemin birim alanından saniyede geçen yük miktarı” olarak tanımlanır. Uzay ve zaman arasında bir ilişki olmaması bakımından daha önce tartışılan diğer niceliklerden farklı olan tuhaf bir niceliktir. Bu miktarın aslında “yük”ü değil, birim alan başına akımı temsil ettiğini anladığımızda (birimler tarafından onaylanan bir gerçek, amper/başına) metrekare, ifade edildiği gibi), uzay-zaman boyutları görünüşe göre s/t x 1/s² = 1/st'tir. Bunlar hareketin boyutları veya hareketin özellikleri değildir. Buradan genel olarak bu miktarın fiziksel bir önemi olmadığı sonucu çıkar. Bu sadece matematiksel bir kolaylık.

Ohm Yasası, Kirchhoff Yasası ve türevleri gibi modern bilim tarafından bilinen elektrik akımının temel yasaları basitçe ampirik genellemeler ve bunların uygulanması elektrik akımının gerçek doğasının açıklığa kavuşturulmasından etkilenmez. Bu yasaların özü ve ilgili ayrıntılar mevcut bilimsel ve teknik literatürde yeterince açıklanmaktadır.

ELEKTRİK DİRENCİ

Her ne kadar elektrik akımının madde içindeki hareketi maddenin uzaydaki hareketine eşdeğer olsa da, vücudumuzdaki her hareket türünün karşılaştığı koşullar günlük deneyim genel hükümlerin farklı yönlerini vurgulamaktadır. Devam uzayındaki maddenin hareketini ele aldığımızda esas olarak tek tek nesnelerin hareketleriyle ilgileniriz. Newton'un hareket yasaları, temel taşları Mekanik, bu tür nesnelerin hareketini sağlamak veya değiştirmek için kuvvet kullanımı ve hareketin bir nesneden diğerine aktarılmasıyla ilgilenir. Öte yandan, elektrik akımı durumunda biz, akım akışının sürekliliğiyle ilgili yönlerle ilgileniyoruz ve söz konusu olan bireysel nesnelerin durumu konuyla ilgili değil.

Bir akım akışındaki uzay birimlerinin hareketliliği, maddenin devam uzayındaki hareketinde bulunmayan bazı değişkenlik türlerini ortaya çıkarır. Bu nedenle, yapılar ve hareketli elektronlar arasındaki ilişkinin karakteristiği olan malzeme yapılarının davranışsal özellikleri veya özellikleri vardır. Başka bir deyişle şunu söyleyebiliriz. maddenin bazı karakteristik elektriksel özellikleri vardır. Bu doğanın ana özelliği rezistans. Daha önce belirtildiği gibi direnç, akım akışının temel ilişkilerinde yer alan tek niceliktir; bu, mekanik denklemler sisteminin, devam uzayındaki maddenin hareketiyle ilgili denklemlerin tanıdık bir özelliği değildir.

Yazarlardan biri elektriksel direncin kökeni hakkındaki modern fikirleri şu şekilde özetlemektedir:
“Elektriği iletme yeteneği... çok sayıda yarı-maddenin varlığından kaynaklanmaktadır. serbest elektronlar, bir elektrik alanının etkisi altında metal bir kafes boyunca akma yeteneğine sahip... Heyecan verici etkiler... elektronların serbest akışına müdahale ederek onları dağıtıyor ve direnç yaratıyor."

Daha önce de belirtildiği gibi, hareket evreni teorisinin gelişimi, elektriksel direncin doğasının tam tersi kavramına yol açmaktadır. Bunu bulduk elektronlar ortamdan uzaklaştırılır. Cilt 1'de tartışıldığı gibi, mevcut fiziksel süreçler, içinde elektronlar yaratmak önemli miktarlar ve bu elektronları oluşturan hareketler çoğu durumda atomik yapılar tarafından absorbe edilmesine rağmen, bu tür hareketlerin bu tür yapılarda kullanılma olasılıkları sınırlıdır. Buradan, evrenin maddi sektöründe her zaman büyük miktarda serbest elektron fazlasının bulunduğu sonucu çıkar. çoğu ücretlendirilmiyor. Yüksüz bir durumda elektronlar, uzayın dönen birimleri oldukları için uzantıların uzayıyla bağlantılı olarak hareket edemezler ve uzayın uzayla ilişkisi hareket değildir. Bu nedenle açık uzayda yüksüz her elektron, tıpkı bir foton gibi, doğal referans sistemine göre sürekli olarak aynı konumdadır. Sabit bir uzaysal referans çerçevesi bağlamında, foton gibi yüksüz bir elektron, doğal referans çerçevesinin dizisi tarafından ışık hızıyla dışarıya doğru taşınır.

Böylece, tüm malzeme kümeleri, radyasyon fotonlarının sürekli bombardımanı gibi bir elektron akışına maruz kalır. Ancak elektronların çevreye geri döndüğü başka süreçler de vardır. Sonuç olarak, Dünya gibi maddi bir kümenin elektron popülasyonu bir denge seviyesinde dengelenir. Elektron konsantrasyonunun dengesini belirleyen süreçler, maddenin atomlarının doğasına ve atomların hacmine bağlı değildir. Bu nedenle akım akışının olmadığı elektriksel olarak yalıtılmış iletkenlerde elektron konsantrasyonu sabittir. Bundan, madde atomlarının termal hareketine katılan elektron sayısının atomun hacmiyle orantılı olduğu ve bu hareketin enerjisinin atomların etkin dönme katsayıları tarafından belirlendiği sonucu çıkar. Buradan,.

direnç atomun hacmi ve termal enerji ile belirlenir Dönme hareketinin tamamen zaman içinde meydana geldiği maddeler, Cilt 1'de belirlendiği gibi, hareketin eklenmesini düzenleyen genel kurala göre uzayda termal harekete sahiptir. Bu maddeler için sıfır termal hareket, sıfır dirence karşılık gelir ve sıcaklık arttıkça direnç artar. artışlar. Bunun nedeni, iletkenin geçici bileşenindeki elektronların (uzay birimleri) konsantrasyonunun herhangi bir belirli akım miktarı için sabit olmasıdır. Bu nedenle akım, termal hareketi belirli bir oranda artırır. Bu tür maddelere denir.

Uzayda dönmenin iki boyutu olan diğer elementler için, hareketli elektronların sonlu çapları nedeniyle iki açık boyut gerektiren termal hareket zorunlu olarak zaman içinde meydana gelir. İÇİNDE bu durumda sıfır sıcaklık, zaman içinde sıfır harekete karşılık gelir. Burada direnç başlangıçta yüksektir ancak sıcaklık arttıkça azalır. Bu tür maddeler olarak bilinir izolatörler veya dielektrikler.

En büyük olan elementler elektriksel yer değiştirme uzaysal dönmenin yalnızca bir boyutuna sahip olan ve elektropozitif bölümlere en yakın olan, pozitif bir desen izleyebilen ve iletken olanlardır. Daha düşük elektriksel önyargıya sahip elemanlar, direncin yüksek ancak sonlu bir seviyeden sıfır sıcaklığa düştüğü, zaman içinde değiştirilmiş bir hareket modelini takip eder. Ara özelliklere sahip olan bu tür maddelere denir. yarı iletkenler.

Ne yazık ki direnç ölçümleri, sonuçlara belirsizlik getiren birçok faktörü içermektedir. İletkenlerin ve dielektriklerin dirençleri arasındaki büyük fark nedeniyle numunenin saflığı özellikle önemlidir. Eşit az miktarda Dielektrik kirlenme direnci önemli ölçüde değiştirebilir. Geleneksel teorinin büyüklükle ilgili bir açıklaması yok bu etki. Teorinin önerdiği gibi, elektronlar atomlar arasındaki boşluklarda hareket ediyorsa, yol boyunca birkaç ekstra engelin dirence önemli bir katkısı olmamalıdır. Ancak iddia ettiğimiz gibi, akımlar, saf olmayan atomlar da dahil olmak üzere iletkenin tüm atomlarında hareket eder ve bu da her atomun ısı içeriğini direnciyle orantılı olarak artırır. Dielektriğin son derece yüksek direnci, her saf olmayan atomun büyük bir katkısıyla sonuçlanır ve bu tür atomların çok az sayıda olması bile çok önemli bir etkiye sahiptir.

Yarı iletken element kirleticileri kirletici maddeler kadar etkili değildir ancak yine de iletken metallerden binlerce kat daha fazla dirence sahip olabilirler.

Ayrıca direnç ısıyla değişir ve güvenilir ölçümler yapılmadan önce dikkatli bir tavlama gerektirir. Direnç tanımlarının çoğunda olmasa da çoğunda bu yöntemin yeterliliği tartışmalıdır. Örneğin G. T. Meaden bu tedavinin berilyumun direncini %50 oranında azalttığını bildiriyor ve “ ön çalışma tavlanmamış numuneler üzerinde gerçekleştirildi. Diğer belirsizlik kaynakları arasında kristal yapıdaki değişiklikler veya manyetik davranış, ne zaman ortaya çıkar? farklı sıcaklıklar veya farklı numunelerdeki basınçlar veya farklı koşullar sıklıkla eşlik eder önemli etkiler gecikmeler.

Elektrik direnci sıcaklık hareketinin bir sonucu olduğundan, elektron hareketinin enerjisi sıcaklık enerjisi ile dengededir. Bu nedenle direnç, etkin termal enerjiyle yani sıcaklıkla doğru orantılıdır. Bundan, derece başına direnç artışının her (değişmemiş) madde için sabit olduğu sonucu çıkar; bu değer atomik özelliklere göre belirlenir. Bu yüzden, tek bir atoma uygulandığında direnç ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi temsil eden eğri doğrusaldır. Düz bir çizgiyle ilgili kısıtlama, elektron ilişkilerinin bir özelliğidir ve elektronun yalnızca bir birim dönme yer değiştirmesine sahip olması ve dolayısıyla karmaşık atomik hareket tarzında çok birimli bir harekete geçememesi nedeniyle oluşur. yapılar.

Ancak direnci belirleyen katsayıların basınç değişikliği gibi yeniden düzenlenerek değiştirilmesi durumunda direnç eğrisinde benzer bir değişiklik meydana gelir. P.W.'nin ifade ettiği gibi Bridgman, bu nitelikte bir değişiklik meydana geldikten sonra sonuçlarını tartışırken, aslında farklı bir maddeyle karşı karşıyayız. Değiştirilmiş bir atomun eğrisi de düz bir çizgidir, ancak değiştirilmemiş bir atomun eğrisiyle örtüşmez. Geçiş anında yeni form Tek bir atomun direnci aniden başka bir düz çizgiyle aynı orana değişir.

ELEKTRİK ŞARJLARI

Hareket evreninde tüm fiziksel varlıklar ve olgular hareketlerdir, hareketlerin birleşimidir veya hareketler arasındaki ilişkilerdir. Buradan, böyle bir evreni tanımlayan bir teorinin yapısını geliştirmenin esas olarak, postülalarda belirtilen koşullar altında hangi hareketlerin ve hareket kombinasyonlarının var olabileceğini belirleme meselesi olduğu sonucu çıkmaktadır. Tartışmamızda şu ana kadar fiziksel olaylar biz sadece öteleme hareketi, elektronların madde içindeki hareketi ve farklı etkiler bu hareket, örneğin elektriğin mekanik yönleriyle ilgilidir. Şimdi dikkatimizi dönme hareketini içeren elektriksel olaylara çevireceğiz.

Cilt 1'de anlatıldığı gibi, yerçekimi üç boyutlu, dönel olarak dağıtılmış bir skaler harekettir. Daha karmaşık hareketler üretmenin genel modelini bir kombinasyon olarak düşünürsek farklı şekiller hareket, daha fazla fenomen yaratmak için nesneleri çekme üzerine tek boyutlu veya iki boyutlu skaler dönüş empoze etme olasılığını varsaymak doğaldır. karmaşık doğa. Bununla birlikte, durumu analiz ettiğimizde, yerçekimi hareketine üç boyuttan daha az bir boyuttaki sıradan rotasyonel olarak dağıtılmış hareketin eklenmesinin, basitçe hareketin büyüklüğünü değiştireceğini ve herhangi bir yeni fenomen türünün ortaya çıkmasına yol açmayacağını bulduk.

Bununla birlikte, rotasyonel olarak dağıtılan modelin henüz keşfetmediğimiz bir varyasyonu vardır. Bu noktaya kadar üç genel tip ele alınmıştır. basit hareket(fiziksel konumların skaler hareketi): (1) öteleme hareketi; (2) doğrusal titreşim; ve (3) döndürme. Şimdi, doğrusal titreşimin öteleme hareketiyle ilişkilendirildiği gibi, dönmeyle de ilişkilendirilen dördüncü tip titreşimsel-dönme hareketinin varlığının farkına varmalıyız. Bu tür vektör hareketi yaygındır (bir saatteki denge yayının hareketi bunun bir örneğidir), ancak geleneksel bilimsel düşünce tarafından büyük ölçüde göz ardı edilir. Çalışıyor önemli rol evrenin temel hareketinde.

Atomik düzeyde, dönme titreşimi, dışarıdan içeriye ve dışarıdan içeriye doğru sürekli değişime uğrayan, dönel olarak dağıtılmış bir skaler harekettir. Doğrusal titreşimde olduğu gibi sabit olabilmek için skaler yön ölçümünün sürekli ve düzgün olması gerekir. Bu nedenle radyasyonun fotonu gibi basit ve uyumlu bir hareket olmalıdır. Sıcaklık hareketi tartışmasında belirtildiği gibi, basit harmonik hareket eklendiğinde mevcut hareket skaler yönlerden birinde bu hareketle çakışır (ve dolayısıyla hareket etmez) ve diğer skaler yönde etkin bir niceliğe sahiptir. Her artımlı hareket, Cilt 1'de belirlenen skaler hareketleri birleştirme kurallarına uygun olmalıdır. Bu temelde, kendi kendini idame ettiren dönme titreşiminin etkili skaler yönü, ilişkili olduğu içe doğru dönme hareketinin karşısında, dışarıya doğru olmalıdır. Skaler içe doğru yönde böyle bir ekleme istikrarlı değildir ancak daha sonra göreceğimiz gibi dış etkilerle desteklenebilir.

Dönme titreşimi şeklindeki skaler hareket yük olarak tanımlanacaktır. Bu tür tek boyutlu dönüş bir elektrik yüküdür. Bir hareket evreninde, yük gibi herhangi bir temel fiziksel olgu zorunlu olarak harekettir. Ve fiziksel resimdeki yeri incelenerek cevaplanması gereken tek soru şu sorudur: Nasıl bir harekettir? Gözlenen elektrik yükünün aşağıdaki özelliklere sahip olduğunu keşfediyoruz: teorik gelişim nasıl olduğunu tanımlar tek boyutlu dönme titreşimi; dolayısıyla bu iki kavramı eşitleyebiliriz.

Elektrik yükünün kökenini ve doğasını uzun süre açıklayamayan geleneksel bilimin, bunun skaler olduğunu kabul etmesi ilginçtir. Örneğin W. J. Duffin, anlattığı deneylerin "yükün bir birim sayı olarak tanımlanabileceğini" gösterdiğini ve "yükün skaler bir miktar olduğu" sonucunu desteklediğini bildiriyor.

Ancak geleneksel fiziksel düşüncede, elektrik yükü temel fiziksel varlıklardan biri olarak kabul edilir ve onun hareket olarak tanımlanması şüphesiz birçok insanı şaşırtacaktır. Bunun hareket evreni teorisinin bir özelliği olmadığını vurgulamak gerekir. Bu teoriye dayalı keşiflerimiz ne olursa olsun, yük zorunlu olarak harekettir ve geleneksel fizikteki geçerli tanımlara göre, modern teoriyle uyuşmadığı için ihmal edilen bir gerçektir. Bu durumdaki anahtar faktör gücün tanımıdır. Biz biliyoruz ki kuvvet hareketin bir özelliğidir ve kendi içinde var olan temel nitelikte bir şey değil. Bu konumu anlamak, yükler teorisinin gelişimi için çok önemlidir.

Fizik amaçları açısından kuvvet, Newton'un ikinci hareket yasasıyla tanımlanır. Bu kütle ve ivmenin ürünüdür, F = ma. Hareket, uzayın zamanla ilişkisi, bireysel kütle bazında hız veya hızlılık, v (yani her birim kendi hızında hareket eder) veya kolektif bir temelde, moment-kütle çarpı hız, mv olarak ölçülür. eskiden daha tanımlayıcı bir adla “hareket miktarı” olarak adlandırılıyordu. Hareketin büyüklüğündeki zaman içindeki değişim oranı, bireysel kütle durumunda dv/dt (ivme, a), toplu olarak ölçüldüğünde m dv/dt (kuvvet, ma) olur. O halde kuvvet, toplam hareket miktarının büyüklüğünün zamanla değişim oranı olarak tanımlanır; buna “ivme miktarı” diyebiliriz. Tanımdan kuvvetin hareketin bir özelliği olduğu sonucu çıkar. Özerk bir varlık olarak var olabilecek bir şey değil, diğer herhangi bir mülkle aynı statüye sahiptir.

Fiziksel olayların kökenini açıklamak için başvurulan sözde özerk kuvvetler, "doğanın temel güçleri", zorunlu olarak arkalarındaki hareketlerin özellikleridir; bağımsız varlıklar olarak var olamazlar. Her " temel kuvvet” temel hareketten ortaya çıkmalıdır. Bu, kuvvetin tanımı için mantıksal bir gerekliliktir ve durumun ele alındığı bağlamdaki fiziksel teoriden bağımsız olarak geçerlidir.

Modern fizik bilimi, kuvvet tanımının gerektirdiği hareketleri belirleyememektedir. Örneğin, fiziksel bir yük bir elektrik kuvveti yaratır, ancak gözlemlerden anlaşıldığı üzere bunu kendi kendine yapmaz. Kendi inisiyatif. Daha önce herhangi bir hareket belirtisi yok. Böyle olan bariz bir çelişki Kuvvetin tanımı artık tanımın gereklilikleri göz ardı edilerek ve elektrik kuvvetinin bir yük tarafından belirsiz bir şekilde yaratılmış bir varlık olarak ele alınmasıyla yönetilmektedir. Artık yükün dönme titreşimi olarak tanımlanmasıyla bu türden kaçınma ihtiyacı ortadan kaldırılmıştır. Elektrik kuvvetinin oluşumunda herhangi bir hareket kanıtı bulunmamasının nedeninin şu olduğu artık açıktır: yükün kendisi harekettir.

Dolayısıyla elektrik yükü, kütle olarak tanımladığımız bir atom veya parçacığın üç boyutlu hareketinin tek boyutlu bir analogudur. Kütlenin uzay-zaman boyutları – t³/s³. Bir boyutta bu t/s olacaktır. Dönme titreşimi, kütleyi oluşturan dönmeye benzer bir harekettir ancak yalnızca skaler yönün periyodik olarak tersine çevrilmesinde farklılık gösterir. Bundan, elektrik yükünün (tek boyutlu dönme titreşimi) aynı zamanda t/s boyutlarına sahip olduğu sonucu çıkar. Diğer elektrostatik büyüklüklerin ölçümleri yük miktarlarından elde edilebilir. Elektrik alan kuvveti- elektrik yüklerini içeren birçok ilişkide önemli rol oynayan bir miktar, birim alan başına yüktür, t/s x 1/s² = t/s³. Alan kuvveti ve mesafenin çarpımı, t/s³ x s = t/s², kuvvettir, elektrik potansiyeli.

Kütlesel çekim alanının yaratılmasıyla aynı nedenlerden dolayı, elektrik yükü bir kuvvet alanıyla çevrelenir. Fakat kütle ve yük arasında etkileşim yoktur. Skaler hareket. A ve B arasındaki ayrımın değişmesi, referans çerçevesinde AB'nin hareketi (A'nın B'ye hareketi) veya BA'nın hareketi (B'nin A'ya hareketi) olarak temsil edilebilir. Dolayısıyla AB ve BA hareketleri iki ayrı hareket değildir; bunlar temsil etmenin sadece iki farklı yoludur tek ve aynı Referans sistemindeki hareketler. Bu, skaler hareketin karşılıklı bir süreç olduğu anlamına gelir. A ve B nesneleri aynı türde hareket kabiliyetine sahip olmadığı sürece gerçekleşemez.. Sonuç olarak, yükler (tek boyutlu hareketler) yalnızca yüklerle, kütleler (üç boyutlu hareketler) ise yalnızca kütlelerle etkileşime girer.

Bir elektrik yükünün yerçekimine benzer doğrusal hareketi, yerçekimi hareketi ile aynı hususlara tabidir. Ancak daha önce de belirtildiği gibi içeriye değil dışarıya doğru yönlendirilir ve bu nedenle dönme hareketi kombinasyonları şeklinde doğrudan titreşimin temel hareketine eklenemez. Dışarıya doğru hareket sınırlaması, her zaman mevcut olan doğal referans çerçevesinin dışarı doğru dizisinin tam bir dışarı doğru hız birimine (sınırlayıcı miktar) kadar uzanması nedeniyle oluşur. Daha fazla hareket dışa doğru ancak mekanizma kombinasyonuna içe doğru bir bileşen eklendikten sonra eklenebilir. Böylece, yük yalnızca bir atoma veya atom altı parçacığa ek olarak var olabilir.

Bir yükü oluşturan dönme titreşiminin skaler yönü her zaman dışarıya doğru olmasına rağmen, hem pozitif (zamansal) yer değiştirme hem de negatif (uzaysal) yer değiştirme mümkündür, çünkü dönme hızı birlikten daha büyük veya daha az olabilir ve dönme titreşimi zorunlu olarak 1'in tersi olmalıdır. rotasyon. Bu çok garip bir terminoloji sorununu gündeme getiriyor. Mantıksal bir bakış açısına göre, uzaysal yer değiştirmeli dönme titreşimi, pozitif dönmenin tersi olduğundan negatif yük olarak adlandırılmalıdır ve zaman yer değiştirmeli dönme titreşimi, pozitif yük olarak adlandırılmalıdır. Bu temelde, "pozitif" terimi her zaman zamansal bir yer değiştirmeyi (düşük hız), "negatif" terimi ise her zaman uzaysal bir yer değiştirmeyi (yüksek hız) ifade eder. Bu terimleri kullanmanın bazı avantajları olabilir, ancak bu makalenin amaçları açısından, daha önce bilinçsiz bağlantıları ifade etmek için alışılmadık terminolojinin kaçınılmaz kullanımından zaten muzdarip olan açıklamalara daha fazla kafa karışıklığı getirme riskini göze almak arzu edilen bir şey gibi görünmüyor. Bu nedenle, mevcut amaçlar doğrultusunda, mevcut kullanımı takip edeceğiz ve pozitif unsurların yüklerine pozitif denilecektir. Bu, dönme ile bağlantılı olarak "pozitif" ve "negatif" terimlerinin anlamının yük ile ters orantılı olduğu anlamına gelir.

Normal uygulamada bunun herhangi bir özel zorluk yaratmaması gerekir. Bununla birlikte, mevcut tartışmada, incelenen kombinasyonlarda yer alan farklı hareketlerin özelliklerinin bazılarının tanımlanması, netlik açısından önemlidir. Karışıklığı önlemek için, "pozitif" ve "negatif" terimleri tersten kullanıldığında yıldız işaretiyle birlikte kullanılacaktır. Buna dayanarak, tüm skaler yönlerde düşük hızda dönen bir elektropozitif eleman, pozitif* bir yük alır - yüksek hızda dönme titreşimi. Yüksek ve düşük spin bileşenlerine sahip elektronegatif bir element her türlü yükü kabul edebilir. Ancak genel olarak negatif* yük, sınıfın negatif unsurlarının çoğunluğuyla sınırlıdır.

Skaler hareket sabit bir uzaysal referans çerçevesi bağlamında ele alındığında ortaya çıkan problemlerin çoğu, referans çerçevesinin skaler hareketin sahip olmadığı bir özelliğe, bir konuma sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Diğer problemler de tam tersi nedenden dolayı ortaya çıkar: Skaler hareket, referans çerçevesinin sahip olmadığı bir özelliğe sahiptir. Bu özelliğe skaler yön, içe veya dışa doğru adını verdik.

Elektrik yükleri atomların veya parçacıkların temel hareketlerine katılmazlar, ancak hemen hemen her türlü maddede kolaylıkla oluşturulurlar ve o maddeden aynı kolaylıkla ayrılabilirler. Dünya yüzeyi gibi düşük sıcaklıktaki ortamlarda, elektrik yükü nispeten kalıcı dönen hareket sistemlerine geçici bir katkı görevi görür. Bu, suçlamaların rolünün önemli olmadığı anlamına gelmez. Aslında yüklerin, fiziksel olayların sonucu üzerinde, eyleme dahil olan madde atomlarının temel hareketlerinden daha büyük bir etkisi vardır. Ancak yapısal açıdan bakıldığında, yüklerin bir atomun öteleme (kinetik veya sıcaklık) hareketleriyle aynı şekilde gelip gittiği anlaşılmalıdır. Birazdan göreceğimiz gibi, yükler ve sıcaklık hareketleri büyük ölçüde birbirinin yerine geçebilir.

Yüklü parçacığın en basit biçimi, tek boyutlu dönme yer değiştirmesinin yalnızca bir dengesiz birimine sahip olan bir elektrona veya pozitrona bir birim tek boyutlu dönme titreşimi eklenerek yaratılır. Elektronun etkin spini negatif olduğundan negatif* yük alır. Cilt 1'deki atom altı parçacıkların tanımında belirtildiği gibi, her yüksüz elektronun iki boş boyutu vardır; yani, skaler ölçümler, etkili bir rotasyonun olmadığı. Ayrıca maddenin temel birimlerinin (atomlar ve parçacıklar) çevrelerine göre yönlenebildiklerini daha önce görmüştük; yani çevrede etkili olan kuvvetlerle tutarlı yönelimleri benimserler. Serbest uzayda, örneğin kozmik ışınlardan bir elektron yaratıldığında, uzaysal yer değiştirmenin getirdiği kısıtlamalardan (uzayda hareket edememe gibi), boş boyutlardan birinin uzayın boyutuyla çakışmasını sağlayacak şekilde kendisini yönlendirerek kurtulur. referans çerçevesi. O zaman doğal referans çerçevesinde süresiz olarak sabit bir konum işgal edebilir. Sabit bir uzaysal referans çerçevesi bağlamında, bu yüksüz elektron, bir foton gibi, doğal referans çerçevesinin dizisi tarafından ışık hızıyla dışarıya doğru taşınır.

Elektron yeni bir ortama girerse ve yeni bir dizi kuvvete maruz kalmaya başlarsa, yeni duruma uyum sağlamak için kendisini yeniden yönlendirebilir. Örneğin iletken bir malzemeye girdiğinde, maddeyi oluşturan hareketlerin birleşimlerindeki hız kaymasının öncelikle zaman içinde meydana gelmesi ve maddenin uzaysal yer değiştirmesi arasındaki bağlantı nedeniyle serbestçe hareket edebileceği bir ortamla karşılaşır. elektron ve atomun zamansal yer değiştirmesi harekettir. Üstelik çevresel faktörler bu tür bir yeniden yönelimi desteklemektedir; yani, yüksek hızlı bir ortamda hızdaki artışın birden fazla olmasını ve düşük hızlı bir ortamda azalmayı tercih ederler. Sonuç olarak elektron, aktif yer değiştirmeyi referans çerçevesi boyutunda yeniden yönlendirir. Hızın birliğin üstünde veya altında olmasına bağlı olarak uzaysal veya zamansal bir referans çerçevesidir, ancak iki çerçeve paraleldir. Aslında bunlar, iki farklı hız bölgesinde aynı tek boyutlu hareketi temsil ettikleri için tek bir sistemin iki bölümüdür.

Hız birden büyükse temsil değişken boyut zamansal bir koordinat sisteminde meydana gelir ve doğal bir referans sistemindeki sabit bir konum, uzaysal bir koordinat sisteminde elektronların (elektrik akımı) ışık hızında hareketi olarak ortaya çıkar. Hız birden küçükse gösterimler tersine çevrilir. Bundan, elektronların bir iletken boyunca hareketinin bu hızlarda meydana geldiği sonucu çıkmaz. Bu bakımdan elektronların toplanması gazların toplanmasına benzer. Bireysel elektronlar yüksek hızlarda, ancak rastgele yönlerde hareket eder. Yalnızca akım akışı yönünde ortaya çıkan aşırı hareket, yaygın olarak adlandırılan şekliyle elektron sürüklenmesi, yönsüz hareket görevi görür.

“Elektron gazı” fikri genellikle kabul edilir. modern fizik ama şuna inanılıyor: basit teori Daha detaylı incelenirse daha büyük zorluklara yol açıyor.” Belirtildiği gibi, hakim varsayım, atomik yapılardan çıkarılan elektron gazının elektronlarının birçok problemle karşı karşıya olduğu yönündedir. Spesifik ısı değerleriyle de doğrudan bir çelişki vardır. "Elektron gazının metallerin özgül ısısına ilave 3/2 R eklemesi bekleniyordu" ancak özgül ısıda böyle bir artış deneysel olarak tespit edilmedi.

Hareket evreni teorisi bu sorunların her ikisine de yanıtlar sunmaktadır. Hareketi bir elektrik akımı oluşturan elektronlar atomlardan uzaklaştırılmaz ve kökenlerine ilişkin kısıtlamalara tabi değildir. Spesifik ısı probleminin cevabı elektron hareketinin doğasında yatmaktadır. Yüksüz elektronların (uzay birimleri) bir iletken madde içindeki hareketi, maddenin uzantılar uzayındaki hareketine eşdeğerdir. Belirli bir sıcaklıkta madde atomlarının uzaya göre belirli bir hızı vardır. Devam alanı ya da elektronik alan olması önemli değil. Elektronik uzaydaki hareket (elektron hareketi) sıcaklık hareketinin bir parçasıdır ve bu hareketten kaynaklanan özgül ısı, atomun özgül ısısının bir parçasıdır, ayrı bir şey değildir.

Eğer elektronun yeniden yönelimi çevresel faktörlere tepki olarak meydana gelirse, bu faktörlerle ilişkili kuvvetlere karşı hareket edemez. Bu nedenle yüksüz durumda elektronlar iletkeni terk edemez. Yüksüz bir elektronun tek aktif özelliği uzaysal yer değiştirmedir ve bu uzayın uzantı uzayına oranı hareket değildir. (Bir atomun veya parçacığın) dönme hareketlerinin uzayda ortaya çıkan yer değiştirmeyle (birden büyük hız) birleşimi, daha önce belirtildiği gibi yalnızca zaman içinde hareket edebilir. Zamanda yer değiştirmeyle sonuçlanan dönme hareketlerinin bir kombinasyonu (hız birden az), yalnızca uzayda hareket edebilir, çünkü hareket uzay ve zaman arasındaki bağlantıdır. Ancak hızın birimi (doğal sıfır veya İlk seviye) uzay ve zamanda birliktir. Net hız yer değiştirmesi sıfır olan hareketlerin bir kombinasyonunun zaman veya uzayda hareket edebileceği sonucu çıkar. Yüksüz durumda bir birim negatif yer değiştirmeye sahip olan bir elektronun bir birim negatif* yük (aslında doğası gereği pozitif) kazanması, ortaya çıkan hız yer değiştirmesini sıfıra indirir ve elektronun uzayda veya uzayda serbestçe hareket etmesine izin verir. zaman.

Bir iletkende yüklü elektronların yaratılması, parçacığın mevcut kinetik enerjisini birim yüke eşdeğer hale getirmeye yetecek kadar enerjinin yüksüz bir elektrona aktarılmasını gerektirir. Uzaya bir elektron fırlatılırsa ek miktar Katı veya sıvı bir yüzeyden kopmak ve çevredeki gazın uyguladığı basıncı yenmek için enerji gerekir. Bu seviyenin altındaki enerjilere sahip yüklü elektronlar, yüksüz elektronlarla aynı şekilde iletkene hapsedilir.

Bir yük oluşturmak ve bir iletkenden çıkmak için gereken enerji, her biri serbestçe hareket eden yüklü elektronlar yaratmanın bir yolu olan birçok yolla öğrenilebilir. Kullanışlı ve yaygın olarak kullanılan bir yöntem, gerekli enerjiyi potansiyel fark yoluyla sağlar. Bu, gereksinimi karşılayana kadar elektronların öteleme enerjisini artırır. Birçok uygulamada, gerekli enerji artışı, gaz basıncının aşılmasını gerektirmek yerine, yeni yüklenmiş elektronların bir vakuma yansıtılmasıyla en aza indirilir. Yaratılışta kullanılan katot ışınları röntgen, bir boşluğa yansıtılan yüklü elektron akışlarıdır. Vakum kullanımı aynı zamanda gerekli enerjinin ısı yoluyla yüksüz elektronlara verildiği termiyonik yüklü elektron oluşumunun bir özelliğidir. Fotovoltaik yaratımda enerji radyasyondan emilir.

Serbest yüklü bir birim olarak elektronun varlığı genellikle kısa ömürlüdür.. Bir enerji aktarımıyla yaratılıp uzaya salındıktan hemen sonra tekrar maddeyle çarpışır ve yükün enerjiye dönüştüğü başka bir enerji aktarımına girer. Termal enerji veya radyasyon ve elektron yüksüz bir duruma geri döner. Yüklü elektronlar oluşturan bir maddenin yakınında, hem yük oluşumu hem de bunları diğer enerji türlerine dönüştüren ters süreç aynı anda gerçekleşir. Elektron oluşturmak için vakum kullanmanın ana nedenlerinden biri, ters işlem sırasında yük kaybını en aza indirmektir.

Uzayda yüklü elektronlar gözlemlenebilir, yani tespit edilebilir. Farklı yollarçünkü yüklerin varlığından dolayı elektriksel kuvvetlerden etkilenirler. Bu onların hareketlerinin kontrol edilmesini sağlar ve ele geçirilmesi zor yüksüz benzerinden farklı olarak yüklü bir elektron, farklı türde fiziksel etkiler yaratmak için manipüle edilebilen gözlemlenebilir bir varlıktır.

Uzayda yaptığımız gibi maddedeki yüklü elektronları tek tek izole etmek ve incelemek imkansızdır, ancak malzeme kümelerindeki serbestçe hareket eden yüklerin izlerini takip ederek parçacıkların varlığının farkına varabiliriz. Yüklerin özel özelliklerine ek olarak, maddedeki yüklü elektronlar, yüksüz elektronlarla aynı özelliklere sahiptir. İyi iletkenlerde kolayca, kötü iletkenlerde ise daha zor hareket ederler. Potansiyel farklılıklara tepki olarak hareket ederler. Yalıtkanlarda tutulurlar - gerekli özelliklere sahip olmayan maddeler açık ölçümler elektronların serbest hareketine izin vermek vb. Yüklü elektronların madde kümelerinin içindeki ve çevresindeki aktivitesine statik elektrik denir.