كيف يتدفق التيار عبر الأسلاك. ما هو التيار الكهربائي؟ حساب انخفاض الجهد

محتوى:

كل شخص عادي على دراية بالكميات الكهربائية - التيار والجهد - يعتمد تشغيل الأجهزة المنزلية عليها ، لكن قلة من الناس لديهم فهم كامل لتعريف التيار الكهربائي. من المهم مقارنة التيار الكهربائي بتدفق النهر ، فقط فيه الجسيمات التي تتحرك شحنة ، وفي النهر - الماء. يجب أن يكون مفهوماً أن التيار يتحرك في اتجاه واحد فقط ، ويجب تهيئة الظروف لوجوده ، وسننظر في هذه العمليات بمزيد من التفصيل.

التعاريف الأساسية

تحيط بنا الكهرباء كل يوم ، ولكن لا يفهم كل شخص ماهية التيار الكهربائي والكميات المرتبطة به ، لكنها مهمة للحياة اليومية. هناك عدة تفسيرات لمفهوم التيار الكهربائي:

1. التعريف المقبول في كتاب مدرسي أن التيار الكهربائي هو حركة الجسيمات التي لها شحنة بسبب تأثير مجال كهربائي عليها. الجسيمات هي: البروتونات والثقوب والإلكترونات والأيونات.
2. في الأدبيات الكهربائية لمؤسسات التعليم العالي ، كتب أن التيار الكهربائي هو المعدل الذي تتغير به الشحنة بمرور الوقت. يُفترض أن الشحنة السالبة للإلكترونات موجبة للبروتونات ومحايدة للنيوترونات.

في الهندسة الكهربائية ، يلاحظ الخبراء أهمية مفهوم مثل القوة الحالية - هذا هو عدد الجسيمات التي لها شحنة تمر عبر المقطع العرضي للموصل بمرور الوقت. يمكن وصف حركة التيار في الموصل على النحو التالي: "... جميع المواد الموصلة لها بنية داخلية (جزيئات ، ذرات ، نوى بإلكترونات دوارة) ، عندما يؤثر تفاعل كيميائي على المادة ، تتحرك الإلكترونات من ذرة إلى أخرى. تنشأ حالة تفتقر فيها بعض الذرات إلى الإلكترونات ، بينما يعاني البعض الآخر من فائض منها ، مما يُظهر الشحنة المعاكسة. تميل الإلكترونات إلى الانتقال من مادة إلى أخرى ، وهذه الحركة هي التيار الكهربائي.

يركز المتخصصون على حقيقة أنه في هذه الحالة يتدفق التيار فقط حتى اللحظة التي يتم فيها معادلة الشحنات في المادتين.

لفهم حركة التيار ، من المهم معرفة تعريف الجهد - هذا هو فرق الجهد المأخوذ عند نقطتين في المجال الكهربائي ، مقاسة بالفولت.

الطاقة الكهربائية

في مناطق مختلفة ، على وجه الخصوص ، في أوكرانيا ، يهتم رجل بسيط في الشارع بـ: "ما هو مداعبة أوتار الآلة الموسيقية؟" ، لأي غرض يتم استخدامه ، ما مصدره. نستخدم كل يوم الطاقة الكهربائية ، والتي تتمثل في التيار المتردد في الشبكات الكهربائية.

يحدث التيار المتردد في الموصل عندما تغير الجسيمات التي لها شحنة خلال فترة زمنية معينة اتجاهها ، وكذلك في الحجم. بيانيا ، يتم تمثيل التيار المتردد بواسطة الجيب. يتم إنشاؤه بواسطة المولدات التي تدور فيها الملفات ذات الأسلاك ، وفي عملية الدوران ، تعبر المجال المغناطيسي. خلال فترة الدوران ، يمكن أن تفتح الملفات وتغلق فيما يتعلق بالمجال المغناطيسي ، مما يخلق تيارًا كهربائيًا يغير الاتجاه في الموصلات ، وتحدث الدورة الكاملة في دقيقة واحدة.

يأتي دوران المولدات من توربينات بخارية ذات مصادر طاقة مختلفة: فحم ، غاز ، مفاعل نووي ، زيت. علاوة على ذلك ، من خلال نظام المحولات ، يرتفع الجهد ، من خلال موصلات القطر المطلوب ، يتم نقله دون خسارة لمسافة طويلة. قطر السلك الذي يمر من خلاله التيار يحدد قوته وحجمه ، وتسمى الخطوط الساخنة في صناعة الطاقة خطوط نقل الطاقة الرئيسية ، وهناك أيضًا خيارات مؤرضة عند نقل الكهرباء تحت الأرض.

أين يتم تطبيق الكهرباء؟

إنه التيار الذي يجعل الحياة أسهل بالنسبة لنا ، مما يخلق الراحة في المنزل. يتم استخدامه لإضاءة الغرف والشوارع وتجفيف الأشياء وعناصر التسخين في المواقد الكهربائية وفي الأجهزة والأجهزة المنزلية الأخرى ويقوم بأعمال رفع أبواب المرآب وما إلى ذلك.

الشروط اللازمة لتلقي الكهرباء

لوجود تيار كهربائي ، الشروط التالية ضرورية: وجود جسيمات مشحونة ، مادة موصلة للكهرباء تتحرك على طولها الجسيمات ، ومصدر جهد. من الشروط المهمة للحصول على التيار الكهربائي وجود الجهد ، والذي يتم تحديده من خلال فرق الجهد. بعبارة أخرى ، تكون القوة الناتجة عن جسيمات التنافر المشحونة أكبر في نقطة واحدة منها في نقطة أخرى.

لا توجد مصادر طبيعية للجهد ، ولهذا السبب تتوزع الإلكترونات حولنا بالتساوي ، لكن الاختراعات مثل البطاريات جعلت من الممكن تجميع الطاقة الكهربائية فيها.

الشرط الآخر المهم هو المقاومة الكهربائية ، أو الموصل ، الذي تتحرك خلاله الجسيمات المشحونة. المواد التي يكون فيها هذا الإجراء ممكنًا تسمى موصلة كهربائيًا ، وتسمى المواد التي لا توجد فيها حركة حرة للإلكترونات عوازل. السلك العادي له قلب معدني موصل وغمد عازل.

التيار الكهربائي في الموصلات

يوجد في أي موصل حاملات شحنة كهربائية ، يتم تشغيلها تحت تأثير قوة المجال الناتج عن الآلة الكهربائية.

تحمل الموصلات المعدنية الشحنة بمساعدة الإلكترونات. فكلما ارتفعت درجة حرارة الموصل وتسخين السلك ، ازداد تدفق التيار سوءًا ، حيث تبدأ الحركة الفوضوية للذرات فيه من التعرض للحرارة ، وتزداد مقاومة المادة الموصلة. كلما انخفضت درجة حرارة الموصل (من الناحية المثالية ، يميل إلى الصفر) ، انخفضت مقاومته.

يمكن للسوائل توصيل الكهرباء باستخدام الأيونات (المنحلات بالكهرباء). تحدث الحركة للإلكترود الذي له إشارة معاكسة للأيون ، وعند الاستقرار عليه ، تقوم الأيونات بعملية التحليل الكهربائي. الأنيونات هي أيونات موجبة الشحنة تتحرك نحو الكاثود. الكاتيونات - تتحرك الأيونات ذات الشحنة السالبة نحو الأنود. في عملية تسخين المنحل بالكهرباء ، تقل مقاومته.

للغاز أيضًا الموصلية ، والتيار الكهربائي فيه هو البلازما. تحدث الحركة بمساعدة الأيونات المشحونة أو الإلكترونات الحرة ، والتي يتم الحصول عليها في عملية الإشعاع.

أنبوب أشعة الكاثود هو مثال على التيار الكهربائي في الفراغ من قضيب الكاثود إلى قضيب الأنود.

التيار الكهربائي في أشباه الموصلات

لفهم مرور التيار في هذه المادة ، دعنا نعطيها تعريفًا. أشباه الموصلات - مادة وسيطة بين الموصل والعازل ، تعتمد على الموصلية المحددة ، ووجود الشوائب فيها ، وحالة درجة الحرارة والإشعاع الذي يعمل عليها. كلما انخفضت درجة الحرارة ، زادت مقاومة أشباه الموصلات ، تؤثر خصائصه على قياس الخصائص. التيار الكهربائي في أشباه الموصلات هو مجموع الإلكترون وتيارات الثقب.

عندما ترتفع درجة حرارة أشباه الموصلات ، تنكسر الروابط التساهمية بسبب تأثير الطاقة الحرارية على إلكترونات التكافؤ ، وتتشكل الإلكترونات الحرة ، ويتم الحصول على ثقب عند نقطة الانكسار. إنه منشغل في إلكترون التكافؤ لزوج آخر ، ويتحرك هو نفسه أكثر في البلورة. عندما يلتقي الإلكترون الحر بفتحة ، يحدث إعادة التركيب بينهما ، واستعادة الروابط الإلكترونية. عندما يتعرض أحد أشباه الموصلات لطاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي ، تظهر أزواج ثقب الإلكترون فيه.

قوانين التيار الكهربائي

في الهندسة الكهربائية ، يتم تطبيق القوانين الأساسية التي تحدد التيار الكهربائي. من أهمها قانون أوم ، ومن سماته سرعة نقل الطاقة دون تغيير شكلها من نقطة إلى أخرى.

يوضح هذا القانون العلاقة بين الجهد وقوة التيار ، بالإضافة إلى مقاومة موصل أو دائرة كهربائية. المقاومة تقاس بالأوم.

يتحدد عمل التيار الكهربائي بموجب قانون جول لينز ، الذي ينص على أن التيار يعمل في أي نقطة في الدائرة.

اكتشف فاراداي الحث المغناطيسي ، وأثبت أيضًا تجريبيًا أنه عندما يعبر خط من الحث المغناطيسي سطح موصل مغلق ، يظهر تيار كهربائي فيه. اشتق قانون الحث الكهرومغناطيسي:

تستقبل الموصلات غير المغلقة التي تعبر خطوط المجال المغناطيسي الجهد في النهايات ، مما يشير إلى ظهور EMF للحث. إذا لم يتغير التدفق المغناطيسي وعبر دائرة مغلقة ، فلن ينشأ تيار كهربائي فيه. إن EMF لتحريض دائرة مغلقة ، عندما يتغير التدفق المغناطيسي ، يساوي معامل معدل تغيرها.

خاتمة

عندما يتدفق تيار كهربائي عبر الموصل ، فإنه يسخن ، ولهذا السبب من الضروري مراعاة تدابير السلامة عند العمل مع الأجهزة والأجهزة الكهربائية. يجب عدم التحميل الزائد على خط نقل الطاقة ، فقد يصبح ساخنًا ويسبب حريقًا. يتبع التيار الكهربائي دائمًا المسار الأقل مقاومة.

في لحظة ظهور ماس كهربائى (ماس كهربائى) ، يزداد التيار عدة مرات ، ويحدث إطلاق فوري لقيمة حرارية ضخمة ، مما يذوب المعدن. يمكن للتيار الكهربائي أن يسبب حروقًا في جسم الإنسان أو الحيوان ، ولكنه يستخدم في وحدات العناية المركزة ، كمحاليل الاكتئاب وعلاج الأمراض.

وفقًا لقواعد السلامة الكهربائية ، يأتي التيار الملموس لشخص ما من قيمة واحدة ملي أمبير ، ويعتبر التيار الذي يحتوي على 0.01 أمبير خطيرًا على الصحة ، ويُعرّف التيار البالغ 0.1 أمبير على أنه قيمة مميتة. الجهد الآمن للإنسان هو 12-24-32-42 فولت.

كهرباء

بادئ ذي بدء ، من المفيد معرفة ما الذي يشكل التيار الكهربائي. التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة في الموصل. لكي ينشأ ، يجب أولاً إنشاء مجال كهربائي ، ستبدأ تحت تأثيره الجسيمات المشحونة المذكورة أعلاه في التحرك.

المعلومات الأولى عن الكهرباء ، التي ظهرت منذ عدة قرون ، تتعلق بـ "الشحنات" الكهربائية التي تم الحصول عليها من خلال الاحتكاك. بالفعل في العصور القديمة ، عرف الناس أن الكهرمان ، الذي يرتديه الصوف ، يكتسب القدرة على جذب الأشياء الخفيفة. ولكن في نهاية القرن السادس عشر فقط ، درس الطبيب الإنجليزي جيلبرت هذه الظاهرة بالتفصيل واكتشف أن العديد من المواد الأخرى لها نفس الخصائص تمامًا. الأجسام قادرة ، مثل العنبر ، بعد فركها على جذب الأجسام الخفيفة ، ودعا المكهرب. هذه الكلمة مشتقة من الإلكترون اليوناني - "العنبر". في الوقت الحاضر نقول إن هناك شحنات كهربائية على أجساد في هذه الحالة ، والجثث نفسها تسمى "مشحونة".

تنشأ الشحنات الكهربائية دائمًا عندما تكون المواد المختلفة على اتصال وثيق. إذا كانت الأجسام صلبة ، فإن النتوءات المجهرية والمخالفات الموجودة على سطحها تمنع اتصالها الوثيق. من خلال عصر هذه الأجسام وفركها معًا ، نجمع أسطحها معًا ، والتي بدون ضغط لن تلمس إلا في نقاط قليلة. في بعض الأجسام ، يمكن للشحنات الكهربائية أن تتحرك بحرية بين أجزاء مختلفة ، بينما هذا غير ممكن في أجسام أخرى. في الحالة الأولى ، تسمى الأجسام "الموصلات" ، وفي الحالة الثانية - "عوازل أو عوازل". الموصلات عبارة عن معادن ومحاليل مائية من الأملاح والأحماض وما إلى ذلك. ومن أمثلة العوازل الكهرمان والكوارتز والإبونيت وجميع الغازات الموجودة في الظروف العادية.

ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن تقسيم الهيئات إلى موصلات وعوازل كهربائية أمر تعسفي للغاية. جميع المواد توصل الكهرباء بدرجة أكبر أو أقل. الشحنات الكهربائية إما موجبة أو سالبة. لن يدوم هذا النوع من التيار طويلاً ، لأن الجسم المكهرب سوف ينفد من الشحن. من أجل استمرار وجود تيار كهربائي في الموصل ، من الضروري الحفاظ على مجال كهربائي. لهذه الأغراض ، يتم استخدام مصادر التيار الكهربائي. أبسط حالة لحدوث تيار كهربائي هي عندما يكون أحد طرفي السلك متصلاً بجسم مكهرب ، والآخر متصل بالأرض.

لم تظهر الدوائر الكهربائية التي تزود لمبات الإنارة والمحركات الكهربائية إلا بعد اختراع البطاريات التي يعود تاريخها إلى حوالي عام 1800. بعد ذلك ، سار تطور عقيدة الكهرباء بسرعة كبيرة لدرجة أنه في أقل من قرن لم تصبح مجرد جزء من الفيزياء ، ولكنها شكلت أساس الحضارة الكهربائية الجديدة.

الكميات الرئيسية للتيار الكهربائي

كمية الكهرباء والقوة الحالية. يمكن أن تكون تأثيرات التيار الكهربائي قوية أو ضعيفة. تعتمد قوة التيار الكهربائي على مقدار الشحنة التي تتدفق عبر الدائرة في وحدة زمنية معينة. وكلما زاد عدد الإلكترونات التي تنتقل من قطب المصدر إلى الآخر ، زادت الشحنة الكلية التي تحملها الإلكترونات. تسمى هذه الشحنة الإجمالية كمية الكهرباء التي تمر عبر الموصل.

على وجه الخصوص ، يعتمد التأثير الكيميائي للتيار الكهربائي على كمية الكهرباء ، أي أنه كلما زادت الشحنة التي تمر عبر محلول الإلكتروليت ، زادت كمية المادة التي تستقر على القطب السالب والأنود. في هذا الصدد ، يمكن حساب كمية الكهرباء بوزن كتلة المادة المترسبة على القطب ومعرفة كتلة وشحنة أيون واحد من هذه المادة.

القوة الحالية هي كمية تساوي نسبة الشحنة الكهربائية التي مرت عبر المقطع العرضي للموصل إلى وقت تدفقها. وحدة الشحن هي الكولوم (C) ، والوقت يقاس بالثواني (ثوان). في هذه الحالة ، يتم التعبير عن وحدة القوة الحالية بوحدة C / s. هذه الوحدة تسمى الأمبير (A). من أجل قياس شدة التيار في الدائرة ، يتم استخدام جهاز قياس كهربائي يسمى مقياس التيار الكهربائي. لإدراجه في الدائرة ، تم تجهيز مقياس التيار الكهربائي بمحطتين. يتم تضمينه في الدائرة في السلسلة.

الجهد الكهربائي. نحن نعلم بالفعل أن التيار الكهربائي هو حركة منظمة للجسيمات المشحونة - الإلكترونات. يتم إنشاء هذه الحركة بمساعدة مجال كهربائي ، يقوم بقدر معين من العمل. هذه الظاهرة تسمى عمل التيار الكهربائي. من أجل تحريك المزيد من الشحنة عبر دائرة كهربائية في ثانية واحدة ، يجب أن يقوم المجال الكهربائي بمزيد من العمل. بناءً على ذلك ، اتضح أن عمل التيار الكهربائي يجب أن يعتمد على قوة التيار. لكن هناك قيمة أخرى يعتمد عليها عمل التيار. هذه القيمة تسمى الجهد.

الجهد هو نسبة عمل التيار في قسم معين من الدائرة الكهربائية إلى الشحنة المتدفقة عبر نفس القسم من الدائرة. يتم قياس العمل الحالي بالجول (J) ، ويتم قياس الشحنة في المعلقات (C). في هذا الصدد ، ستكون وحدة قياس الجهد 1 J / C. هذه الوحدة تسمى الفولت (V).

لكي يظهر الجهد في دائرة كهربائية ، هناك حاجة إلى مصدر تيار. في الدائرة المفتوحة ، يكون الجهد موجودًا فقط في أطراف المصدر الحالي. إذا تم تضمين هذا المصدر الحالي في الدائرة ، فسيظهر الجهد أيضًا في أقسام معينة من الدائرة. في هذا الصدد ، سيكون هناك أيضًا تيار في الدائرة. أي باختصار يمكننا أن نقول ما يلي: إذا لم يكن هناك جهد في الدائرة ، فلا يوجد تيار. من أجل قياس الجهد ، يتم استخدام جهاز قياس كهربائي يسمى الفولتميتر. في مظهره ، يشبه مقياس التيار المذكور سابقًا ، مع الاختلاف الوحيد هو أن الحرف V موجود على مقياس الفولتميتر (بدلاً من A على مقياس التيار الكهربائي). يحتوي الفولتميتر على محطتين ، يتم توصيلهما بالتوازي مع الدائرة الكهربائية.

المقاومة الكهربائية. بعد توصيل جميع أنواع الموصلات ومقياس التيار الكهربائي بدائرة كهربائية ، يمكنك ملاحظة أنه عند استخدام موصلات مختلفة ، يعطي مقياس التيار قراءات مختلفة ، أي في هذه الحالة ، تكون القوة الحالية المتوفرة في الدائرة الكهربائية مختلفة. يمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال حقيقة أن الموصلات المختلفة لها مقاومة كهربائية مختلفة ، وهي كمية فيزيائية. تكريما للفيزيائية الألمانية ، سميت أوم. كقاعدة عامة ، يتم استخدام وحدات أكبر في الفيزياء: كيلو أوم ، ميغا أوم ، إلخ. عادةً ما يتم الإشارة إلى مقاومة الموصل بالحرف R ، وطول الموصل هو L ، ومنطقة المقطع العرضي هي S. في هذه الحالة ، يمكن كتابة المقاومة على شكل صيغة:

حيث يسمى المعامل p المقاومة. يعبر هذا المعامل عن مقاومة موصل طوله 1 متر مع مساحة مقطع عرضي تساوي 1 متر مربع. يتم التعبير عن المقاومة في أوم × م. نظرًا لأن الأسلاك ، كقاعدة عامة ، لها مقطع عرضي صغير إلى حد ما ، يتم التعبير عن مناطقها عادةً بالمليمتر المربع. في هذه الحالة ، ستكون وحدة المقاومة هي أوم × مم 2 / م. في الجدول أدناه. يوضح الشكل 1 مقاومة بعض المواد.

حسب الجدول. في الشكل 1 ، يتضح أن النحاس لديه أصغر مقاومة كهربائية ، وسبائك المعادن لديها أكبرها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العوازل (العوازل) لها مقاومة عالية.

السعة الكهربائية. نحن نعلم بالفعل أن موصلين منفصلين عن بعضهما البعض يمكن أن تتراكم الشحنات الكهربائية. تتميز هذه الظاهرة بكمية فيزيائية تسمى السعة الكهربائية. السعة الكهربائية لاثنين من الموصلات ليست أكثر من نسبة شحنة أحدهما إلى فرق الجهد بين هذا الموصل والموصل المجاور. كلما انخفض الجهد الكهربي عندما تتلقى الموصلات شحنة ، زادت سعتها. يتم أخذ الفاراد (F) كوحدة للسعة الكهربائية. في الممارسة العملية ، يتم استخدام أجزاء من هذه الوحدة: microfarad (F) و picofarad (pF).

Yandex.DirectAll الإعلاناتشقق للايجار اليومي في كازان!شقق من 1000 روبل. يوميًا. فنادق صغيرة. وثائق الإبلاغ 16.forguest.ru شقق للايجار اليومي في كازانشقق مريحة في جميع مناطق قازان. تأجير شقة سريع متصفح Yandex.Browser الجديد!إشارات مرجعية مريحة وحماية موثوقة. متصفح للمشي اللطيف على الشبكة! browser.yandex.ru 0+

إذا أخذت موصلين منفصلين عن بعضهما البعض ، وضعتهما على مسافة صغيرة من بعضهما البعض ، تحصل على مكثف. تعتمد سعة المكثف على سماكة ألواحه وسماكة العازل الكهربائي ونفاذه. عن طريق تقليل سمك العازل بين ألواح المكثف ، من الممكن زيادة سعة الأخير بشكل كبير. على جميع المكثفات ، بالإضافة إلى السعة ، يجب تحديد الجهد الذي تم تصميم هذه الأجهزة من أجله.

عمل وقوة التيار الكهربائي. مما سبق يتضح أن التيار الكهربائي يقوم بقدر معين من العمل. عندما يتم توصيل المحركات الكهربائية ، فإن التيار الكهربائي يجعل جميع أنواع المعدات تعمل ، ويحرك القطارات على طول القضبان ، ويضيء الشوارع ، ويسخن المنزل ، وينتج أيضًا تأثيرًا كيميائيًا ، أي أنه يسمح بالتحليل الكهربائي ، وما إلى ذلك. يمكننا القول أن عمل التيار في قسم معين من الدائرة يساوي ناتج القوة الحالية والجهد والوقت الذي تم خلاله إنجاز العمل. يقاس الشغل بالجول والجهد بالفولت والتيار بالأمبير والوقت بالثواني. في هذا الصدد ، 1 J = 1V x 1A x 1s. من هذا اتضح أنه من أجل قياس عمل التيار الكهربائي ، يجب استخدام ثلاثة أجهزة في وقت واحد: مقياس التيار الكهربائي ، ومقياس الفولتميتر والساعة. لكن هذا مرهق وغير فعال. لذلك ، عادة ، يتم قياس عمل التيار الكهربائي بواسطة عدادات كهربائية. يحتوي جهاز هذا الجهاز على جميع الأجهزة المذكورة أعلاه.

تساوي قوة التيار الكهربائي نسبة عمل التيار إلى الوقت الذي تم خلاله. يُشار إلى القوة بالحرف "P" ويتم التعبير عنها بالواط (W). في الممارسة العملية ، يتم استخدام كيلووات ، ميغاواط ، هيكتوواط ، إلخ. من أجل قياس قوة الدائرة ، تحتاج إلى استخدام مقياس الواط. يتم التعبير عن الأعمال الكهربائية بالكيلوواط / ساعة (kWh).

القوانين الأساسية للتيار الكهربائي

قانون أوم. يعتبر الجهد والتيار من أكثر الخصائص ملاءمة للدوائر الكهربائية. من السمات الرئيسية لاستخدام الكهرباء النقل السريع للطاقة من مكان إلى آخر ونقلها إلى المستهلك بالشكل المطلوب. يعطي ناتج فرق الجهد والقوة الحالية الطاقة ، أي كمية الطاقة المنبعثة في الدائرة لكل وحدة زمنية. كما ذكرنا أعلاه ، لقياس الطاقة في دائرة كهربائية ، يتطلب الأمر 3 أجهزة. هل يمكن التعامل بواحد وحساب القوة من قراءاتها وبعض خصائص الدائرة مثل مقاومتها؟ أحب كثير من الناس هذه الفكرة ، واعتبروها مثمرة.

إذن ، ما هي مقاومة السلك أو الدائرة ككل؟ هل السلك ، مثل أنابيب المياه أو الأنابيب في نظام الفراغ ، له خاصية ثابتة قد تسمى المقاومة؟ على سبيل المثال ، في الأنابيب ، عادة ما تكون نسبة فرق الضغط الذي يخلق التدفق مقسومًا على معدل التدفق سمة ثابتة للأنبوب. بنفس الطريقة ، يخضع تدفق الحرارة في السلك لعلاقة بسيطة ، والتي تشمل اختلاف درجة الحرارة ، ومساحة المقطع العرضي للسلك ، وطوله. كان اكتشاف مثل هذه العلاقة للدوائر الكهربائية نتيجة بحث ناجح.

في عشرينيات القرن التاسع عشر ، كان مدرس المدرسة الألماني جورج أوم أول من بدأ في البحث عن النسبة المذكورة أعلاه. بادئ ذي بدء ، كان يتطلع إلى الشهرة والشهرة ، مما يسمح له بالتدريس في الجامعة. كان هذا هو السبب الوحيد الذي جعله يختار مجالًا دراسيًا يقدم مزايا معينة.

كان أوم ابن صانع الأقفال ، لذلك كان يعرف كيفية سحب الأسلاك المعدنية ذات السماكات المختلفة ، والتي يحتاجها لإجراء التجارب. نظرًا لأنه في تلك الأيام كان من المستحيل شراء سلك مناسب ، فقد صنعه Om بيديه. أثناء التجارب ، جرب أطوالًا مختلفة وسمكًا مختلفًا ومعادن مختلفة وحتى درجات حرارة مختلفة. كل هذه العوامل اختلف بدوره. في زمن أوم ، كانت البطاريات لا تزال ضعيفة ، مما يعطي تيارًا متغيرًا. في هذا الصدد ، استخدم الباحث مزدوجًا حراريًا كمولد ، تم وضع مفصله الساخن في اللهب. بالإضافة إلى ذلك ، استخدم مقياسًا مغناطيسيًا خامًا ، وقاس اختلافات الجهد (أطلق عليها أوم "الفولتية") عن طريق تغيير درجة الحرارة أو عدد الوصلات الحرارية.

لقد تم تطوير عقيدة الدوائر الكهربائية للتو. بعد اختراع البطاريات حوالي عام 1800 ، بدأت تتطور بشكل أسرع. تم تصميم وتصنيع أجهزة مختلفة (غالبًا باليد) ، وتم اكتشاف قوانين جديدة ، وظهرت المفاهيم والمصطلحات ، وما إلى ذلك. كل هذا أدى إلى فهم أعمق للظواهر والعوامل الكهربائية.

تسبب تجديد المعرفة بالكهرباء ، من ناحية ، في ظهور مجال جديد للفيزياء ، من ناحية أخرى ، كان أساس التطور السريع للهندسة الكهربائية ، أي البطاريات والمولدات وأنظمة الإمداد بالطاقة للإضاءة والمحرك الكهربائي والأفران الكهربائية والمحركات الكهربائية وما إلى ذلك.

كانت اكتشافات أوم ذات أهمية كبيرة لتطوير نظرية الكهرباء ولتطوير الهندسة الكهربائية التطبيقية. لقد جعلوا من السهل التنبؤ بخصائص الدوائر الكهربائية للتيار المباشر ، ولاحقًا للتيار المتردد. في عام 1826 ، نشر أوم كتابًا أوجز فيه الاستنتاجات النظرية والنتائج التجريبية. لكن آماله لم تكن مبررة ، قوبل الكتاب بالسخرية. حدث هذا لأن طريقة التجربة التقريبية بدت جذابة قليلاً في عصر كان كثير من الناس مغرمين بالفلسفة.

لم يكن أمام Omu خيار سوى ترك منصبه كمدرس. لم يحصل على موعد في الجامعة لنفس السبب. لمدة 6 سنوات ، عاش العالم في فقر ، دون ثقة في المستقبل ، وشعر بخيبة أمل مريرة.

لكن تدريجياً اكتسبت أعماله شهرة خارج ألمانيا. تم احترام Om في الخارج ، وتم استخدام بحثه. في هذا الصدد ، اضطر المواطنون إلى التعرف عليه في وطنهم. في عام 1849 حصل على درجة الأستاذية في جامعة ميونيخ.

اكتشف أوم قانونًا بسيطًا يؤسس علاقة بين التيار والجهد لقطعة من الأسلاك (لجزء من الدائرة ، للدائرة بأكملها). بالإضافة إلى ذلك ، وضع قواعد تسمح لك بتحديد ما سيتغير إذا أخذت سلكًا بحجم مختلف. تمت صياغة قانون أوم على النحو التالي: تتناسب القوة الحالية في قسم من الدائرة بشكل مباشر مع الجهد في هذا القسم وتتناسب عكسًا مع مقاومة القسم.

قانون جول لينز. يؤدي التيار الكهربائي في أي جزء من الدائرة عملاً معينًا. على سبيل المثال ، لنأخذ جزءًا من الدائرة ، يوجد بين نهاياتها جهد (U). من خلال تعريف الجهد الكهربائي ، فإن الشغل المبذول عند تحريك وحدة شحن بين نقطتين يساوي U. إذا كانت القوة الحالية في قسم معين من الدائرة هي i ، فإن الشحنة ستمر في الوقت t ، وبالتالي سيكون عمل التيار الكهربائي في هذا القسم:

هذا التعبير صالح للتيار المباشر في أي حال ، لأي قسم من الدائرة ، والذي قد يحتوي على موصلات ، ومحركات كهربائية ، وما إلى ذلك. الطاقة الحالية ، أي العمل لكل وحدة زمنية ، تساوي:

تُستخدم هذه الصيغة في نظام SI لتحديد وحدة الجهد.

لنفترض أن قسم الدائرة موصل ثابت. في هذه الحالة ، سيتحول كل العمل إلى حرارة ، والتي سيتم إطلاقها في هذا الموصل. إذا كان الموصل متجانسًا ويطيع قانون أوم (وهذا يشمل جميع المعادن والإلكتروليتات) ، فعندئذٍ:

أين ص هي مقاومة الموصل. في هذه الحالة:

تم اشتقاق هذا القانون تجريبيًا لأول مرة بواسطة E.Lenz ، وبشكل مستقل عنه بواسطة Joule.

وتجدر الإشارة إلى أن تسخين الموصلات له تطبيقات عديدة في الهندسة. الأكثر شيوعًا وأهمية من بينها مصابيح الإضاءة المتوهجة.

قانون الحث الكهرومغناطيسي. في النصف الأول من القرن التاسع عشر ، اكتشف الفيزيائي الإنجليزي م. فاراداي ظاهرة الحث المغناطيسي. هذه الحقيقة ، بعد أن أصبحت ملكًا للعديد من الباحثين ، أعطت دفعة قوية لتطوير الهندسة الكهربائية والراديو.

في سياق التجارب ، اكتشف فاراداي أنه عندما يخترق عدد خطوط الحث المغناطيسي سطحًا محاطًا بحلقة مغلقة يتغير ، ينشأ تيار كهربائي فيه. ربما يكون هذا هو أساس أهم قانون في الفيزياء - قانون الحث الكهرومغناطيسي. التيار الذي يحدث في الدائرة يسمى حثي. نظرًا لحقيقة أن التيار الكهربائي يحدث في الدائرة فقط في حالة وجود قوى خارجية تعمل على شحنات مجانية ، ثم مع تدفق مغناطيسي متغير يمر فوق سطح دائرة مغلقة ، تظهر هذه القوى الخارجية نفسها فيها. يسمى عمل القوى الخارجية في الفيزياء بالقوة الدافعة الكهربائية أو EMF الحثي.

يظهر الحث الكهرومغناطيسي أيضًا في الموصلات المفتوحة. في حالة عبور الموصل لخطوط المجال المغناطيسي ، يظهر جهد في نهايته. سبب ظهور مثل هذا الجهد هو الحث EMF. إذا لم يتغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الدائرة المغلقة ، فلن يظهر التيار الاستقرائي.

باستخدام مفهوم "EMF للحث" ، يمكن للمرء أن يتحدث عن قانون الحث الكهرومغناطيسي ، أي أن EMF للتحريض في حلقة مغلقة يساوي في القيمة المطلقة معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده الحلقة.

حكم لينز. كما نعلم بالفعل ، يحدث تيار حثي في ​​الموصل. اعتمادًا على ظروف مظهرها ، لها اتجاه مختلف. في هذه المناسبة ، صاغ الفيزيائي الروسي لينز القاعدة التالية: إن التيار التحريضي الذي يحدث في دائرة مغلقة له دائمًا اتجاه بحيث لا يسمح المجال المغناطيسي الذي تخلقه بتغير التدفق المغناطيسي. كل هذا يسبب ظهور تيار تحريضي.

تيار الحث ، مثل أي تيار آخر ، لديه طاقة. هذا يعني أنه في حالة وجود تيار تحريضي ، تظهر الطاقة الكهربائية. وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة وتحويلها ، يمكن أن تنشأ الطاقة المذكورة أعلاه فقط بسبب كمية الطاقة لبعض أنواع الطاقة الأخرى. وبالتالي ، فإن حكم لينز يتوافق تمامًا مع قانون الحفاظ على الطاقة وتحويلها.

بالإضافة إلى الحث ، يمكن أن يظهر ما يسمى بالحث الذاتي في الملف. جوهرها على النحو التالي. إذا ظهر تيار في الملف أو تغيرت قوته ، فسيظهر مجال مغناطيسي متغير. وإذا تغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الملف ، فستظهر فيه قوة دافعة كهربائية ، تسمى EMF للحث الذاتي.

وفقًا لقاعدة لينز ، فإن المجال الكهرومغناطيسي للحث الذاتي عند إغلاق الدائرة يتداخل مع القوة الحالية ولا يسمح لها بالزيادة. عند إيقاف تشغيل دائرة EMF ، يقلل الحث الذاتي من القوة الحالية. في حالة وصول القوة الحالية في الملف إلى قيمة معينة ، يتوقف المجال المغناطيسي عن التغير ويصبح الحث الذاتي EMF صفرًا.

التيار الكهربائي هو حركة منظمة للجسيمات المشحونة. في المواد الصلبة ، هذه هي حركة الإلكترونات (الجسيمات سالبة الشحنة) في الأجسام السائلة والغازية ، هذه هي حركة الأيونات (الجسيمات المشحونة إيجابياً). علاوة على ذلك ، يمكن أن يكون التيار ثابتًا ومتغيرًا ، ولهما حركة مختلفة تمامًا للشحنات الكهربائية. من أجل فهم موضوع التدفق الحالي في الموصلات وإتقانه ، ربما تحتاج أولاً إلى فهم أساسيات الفيزياء الكهربائية بمزيد من التفصيل. من هنا سأبدأ.

إذن ، كيف يتدفق التيار الكهربائي بشكل عام؟ نحن نعلم أن المادة مكونة من ذرات. هذه هي الجسيمات الأولية للمادة. يشبه هيكل الذرة نظامنا الشمسي ، حيث تقع نواة الذرة في المركز. يتكون من بروتونات مضغوطة بإحكام (جزيئات كهربائية موجبة) ونيوترونات (جسيمات محايدة كهربائيًا). تدور الإلكترونات (الجسيمات الصغيرة ذات الشحنة السالبة) حول هذه النواة بسرعة كبيرة في مداراتها. المواد المختلفة لها أعداد مختلفة من الإلكترونات والمدارات التي تدور فيها. تحتوي ذرات المواد الصلبة على ما يسمى بالشبكة البلورية. هذا هو هيكل المادة ، حيث يتم ترتيب الذرات في ترتيب معين بالنسبة لبعضها البعض.

من أين يأتي التيار الكهربائي؟ اتضح أنه في بعض المواد (الموصلات الحالية) يمكن للإلكترونات الأبعد عن نواتها أن تنفصل عن الذرة وتذهب إلى الذرة المجاورة. تسمى حركة الإلكترونات هذه بالحرية. إنها فقط أن الإلكترونات تتحرك داخل المادة من ذرة إلى أخرى. ولكن إذا تم توصيل مجال كهرومغناطيسي خارجي بهذه المادة (موصل كهربائي) ، وبالتالي إنشاء دائرة كهربائية ، فإن جميع الإلكترونات الحرة ستبدأ في التحرك في اتجاه واحد. هذه هي بالضبط حركة التيار الكهربائي داخل الموصل.

الآن دعونا نلقي نظرة على ما يشكل التيار المباشر والمتناوب. لذلك ، يتحرك التيار المباشر دائمًا في اتجاه واحد فقط. كما ذكرنا في البداية ، تتحرك الإلكترونات في المواد الصلبة ، وتتحرك الأيونات في الأجسام السائلة والغازية. الإلكترونات هي جسيمات سالبة الشحنة. وبالتالي ، في المواد الصلبة ، يتدفق التيار الكهربائي من مصدر الطاقة إلى زائد (تتحرك الإلكترونات على طول الدائرة الكهربائية). في السوائل والغازات ، يتحرك التيار في اتجاهين في وقت واحد ، أو بالأحرى ، في نفس الوقت ، تتدفق الإلكترونات إلى الموجب ، وتتدفق الأيونات (ذرات منفصلة غير مترابطة بواسطة شبكة بلورية ، كل منها بمفردها) إلى ناقص مصدر الطاقة.

من ناحية أخرى ، اعتبر العلماء رسميًا أن الحركة تحدث من زائد إلى ناقص (على العكس من ذلك ، مما يحدث بالفعل). لذلك ، من وجهة نظر علمية ، من الصحيح القول إن التيار الكهربائي ينتقل من موجب إلى ناقص ، ولكن من وجهة نظر حقيقية (الطبيعة الكهرو فيزيائية) من الأصح الاعتقاد بأن التيار يتدفق من سالب إلى موجب (في المواد الصلبة). ربما تم القيام بذلك لبعض الراحة.

الآن ، فيما يتعلق بالتيار الكهربائي المتردد. هنا كل شيء أكثر تعقيدًا. إذا كان لحركة الجسيمات المشحونة ، في حالة التيار المباشر ، اتجاه واحد فقط (فيزيائيًا ، تتدفق الإلكترونات ذات العلامة السالبة باتجاه الموجب) ، فعندئذٍ مع التيار المتردد ، يتغير اتجاه الحركة دوريًا إلى العكس. ربما سمعت أنه في مصدر طاقة عادي في المدينة ، جهد متناوب 220 فولت وتردد قياسي 50 هرتز. لذا فإن هذه الـ 50 هرتز تشير إلى أن التيار الكهربائي في ثانية واحدة لديه وقت للدورة الكاملة 50 مرة ، والتي لها شكل جيبي. في الواقع ، يتغير اتجاه التيار في ثانية واحدة بقدر 100 مرة (يتغير مرتين في دورة واحدة).

ملاحظة. اتجاه التيار في الدوائر الكهربائية مهم. في كثير من الحالات ، إذا كانت الدائرة مصممة لاتجاه واحد للتيار ، وقمت بتغييرها بطريق الخطأ إلى الاتجاه المعاكس أو قمت بتوصيل تيار متناوب بدلاً من التيار المباشر ، فمن المرجح أن الجهاز سيفشل ببساطة. يمكن للعديد من أشباه الموصلات التي تعمل في الدوائر أن تخترق وتحترق عندما ينعكس التيار. لذلك عند توصيل مزود الطاقة ، يجب عليك مراقبة اتجاه التيار بدقة.

في اجتماع اليوم سنتحدث عن الكهرباء التي اصبحت جزءا لا يتجزأ من الحضارة الحديثة. غزت صناعة الطاقة كل مجال من مجالات حياتنا. ووجود الأجهزة المنزلية التي تستخدم التيار الكهربائي في كل منزل هو أمر طبيعي جدًا وجزء لا يتجزأ من الحياة لدرجة أننا نعتبره أمرًا مفروغًا منه.

لذلك ، يتم تقديم انتباه قرائنا إلى المعلومات الأساسية حول التيار الكهربائي.

ما هو التيار الكهربائي

عن طريق التيار الكهربائي المقصود الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة.المواد التي تحتوي على كمية كافية من الشحنات المجانية تسمى الموصلات. ويطلق على مجموع جميع الأجهزة المترابطة عن طريق الأسلاك الدائرة الكهربائية.

في الحياة اليومية نستخدم الكهرباء التي تمر عبر الموصلات المعدنية.حاملات الشحنة فيها عبارة عن إلكترونات حرة.

عادة ما يندفعون بشكل عشوائي بين الذرات ، لكن المجال الكهربائي يجبرهم على التحرك في اتجاه معين.

كيف يحدث هذا

يمكن مقارنة تدفق الإلكترونات في الدائرة بتدفق الماء المتساقط من مستوى مرتفع إلى مستوى منخفض. يتم لعب دور المستوى في الدوائر الكهربائية من خلال الإمكانات.

لكي يتدفق التيار في الدائرة ، يجب الحفاظ على فرق جهد ثابت في نهاياته ، أي الجهد االكهربى.

يُشار إليه عادةً بالحرف U ويقاس بالفولت (B).

بسبب الجهد المطبق ، يتم إنشاء مجال كهربائي في الدائرة ، والذي يعطي الإلكترونات حركة موجهة. كلما زاد الجهد ، كلما كان المجال الكهربائي أقوى ، وبالتالي شدة تدفق الإلكترونات المتحركة اتجاهيًا.

سرعة انتشار التيار الكهربائي تساوي السرعة التي يتم بها إنشاء المجال الكهربائي في الدائرة ، أي 300000 كم / ثانية ، لكن سرعة الإلكترونات بالكاد تصل إلى بضعة مم في الثانية.

من المقبول عمومًا أن التيار يتدفق من نقطة ذات إمكانات كبيرة ، أي من (+) إلى نقطة ذات إمكانات أقل ، أي إلى (-). يتم الحفاظ على الجهد في الدائرة بواسطة مصدر حالي ، مثل البطارية. تشير العلامة (+) في نهايتها إلى نقص الإلكترونات ، العلامة (-) فائضها ، لأن الإلكترونات تحمل شحنة سالبة على وجه التحديد. بمجرد إغلاق الدائرة ذات المصدر الحالي ، تندفع الإلكترونات من المكان الذي تتواجد فيه بشكل زائد إلى القطب الموجب للمصدر الحالي. يمر مسارهم عبر الأسلاك والمستهلكين وأدوات القياس وعناصر الدائرة الأخرى.

لاحظ أن اتجاه التيار هو عكس اتجاه الإلكترونات.

تم تحديد اتجاه التيار فقط ، باتفاق العلماء ، قبل تحديد طبيعة التيار في المعادن.

بعض الكميات التي تميز التيار الكهربائي

القوة الحالية.تسمى الشحنة الكهربائية التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل في ثانية واحدة بالقوة الحالية. لتعيينه ، يتم استخدام الحرف I ، مقاساً بالأمبير (A).

مقاومة.القيمة التالية التي يجب أن تكون على دراية بها هي المقاومة. ينشأ بسبب تصادم الإلكترونات المتحركة اتجاهيًا مع أيونات الشبكة البلورية. نتيجة لمثل هذه الاصطدامات ، تنقل الإلكترونات جزءًا من طاقتها الحركية إلى الأيونات. نتيجة لذلك ، يسخن الموصل وينخفض ​​التيار. يُشار إلى المقاومة بالحرف R ويتم قياسها بالأوم (أوم).

تكون مقاومة الموصل المعدني أكبر ، وكلما زاد طول الموصل وصغر مساحة المقطع العرضي. بنفس طول وقطر السلك ، تكون الموصلات المصنوعة من الفضة والنحاس والذهب والألمنيوم أقل مقاومة. لأسباب واضحة ، يتم استخدام أسلاك الألمنيوم والنحاس في الممارسة.

قوة.عند إجراء حسابات للدوائر الكهربائية ، من الضروري أحيانًا تحديد استهلاك الطاقة (P).

للقيام بذلك ، يجب أن يتضاعف التيار المتدفق عبر الدائرة بالجهد.

وحدة قياس الطاقة هي الواط (W).

التيار المباشر والمتناوب

التيار الناتج عن مجموعة متنوعة من البطاريات والمراكم ثابت. هذا يعني أنه لا يمكن تغيير شدة التيار في مثل هذه الدائرة إلا من خلال تغيير مقاومته بطرق مختلفة ، بينما يظل اتجاهه دون تغيير.

لكن تستهلك معظم الأجهزة المنزلية التيار المتردد ،أي التيار الذي يتغير حجمه واتجاهه باستمرار وفقًا لقانون معين.

يتم إنتاجه في محطات توليد الطاقة ثم نقله عبر خطوط نقل الجهد العالي إلى منازلنا وشركاتنا.

في معظم البلدان ، يكون معدل الانعكاس الحالي 50 هرتز ، أي يحدث 50 مرة في الثانية. في هذه الحالة ، في كل مرة تزداد فيها القوة الحالية تدريجيًا ، تصل إلى الحد الأقصى ، ثم تنخفض إلى 0. ثم تتكرر هذه العملية ، ولكن مع الاتجاه المعاكس للتيار.

في الولايات المتحدة ، تعمل جميع الأجهزة عند 60 هرتز. لقد تطور وضع مثير للاهتمام في اليابان. هناك ، يستخدم ثلث البلاد التيار المتردد بتردد 60 هرتز ، والباقي - 50 هرتز.

الحذر - الكهرباء

يمكن أن تحدث الصدمات الكهربائية بسبب استخدام الأجهزة الكهربائية ومن الصواعق بسبب جسم الإنسان موصل جيد للكهرباء.في كثير من الأحيان ، يتم تلقي الإصابات الكهربائية عن طريق الضغط على سلك ممدد على الأرض أو دفع الأسلاك الكهربائية المتدلية بيديك بعيدًا.

يعتبر الجهد الذي يزيد عن 36 فولت خطيرًا على البشر. إذا مر تيار 0.05 أ فقط عبر جسم الإنسان ، فقد يتسبب ذلك في تقلص عضلي لا إرادي ، والذي لن يسمح للشخص بالانفصال بشكل مستقل عن مصدر الضرر. تيار 0.1 أمبير مميت.

يعتبر التيار المتردد أكثر خطورة ، لأنه له تأثير أقوى على الإنسان. يتحول هذا الصديق والمساعد لنا في عدد من الحالات إلى عدو لا يرحم ، مما يتسبب في انتهاك وظيفة التنفس والقلب ، حتى توقفه التام. يترك آثاراً رهيبة على الجسم على شكل حروق شديدة.

كيف تساعد الضحية؟ بادئ ذي بدء ، قم بإيقاف تشغيل مصدر الضرر. ثم اعتني بالإسعافات الأولية.

معرفتنا بالكهرباء تقترب من نهايتها. دعنا نضيف بضع كلمات فقط عن الحياة البحرية باستخدام "الأسلحة الكهربائية". هذه بعض أنواع الأسماك وثعبان البحر وسمك الراي اللساع. أخطرهم هو ثعبان البحر.

لا تسبح له على مسافة تقل عن 3 أمتار. إن ضربةه ليست قاتلة ، ولكن يمكن أن يفقد وعيه.

إذا كانت هذه الرسالة مفيدة لك ، فسأكون سعيدًا برؤيتك

- في أوروبا الآن لا أحد يعزف على البيانو ،
العب بالكهرباء.
- لا يمكنك اللعب بالكهرباء - سوف يقتلك بصدمة كهربائية.
- ويلعبون في قفازات مطاطية ...
-E! يمكنك ارتداء قفازات مطاطية!
"ميمينو"

غريب .. هم يلعبون بالكهرباء ولكن لسبب ما يقتلهم بنوع من التيار .. من أين يأتي التيار في الكهرباء؟ وما هو هذا التيار؟ مرحباً عزيزي! دعونا نفهم ذلك.

حسنًا ، أولاً ، لنبدأ لماذا لا يزال من الممكن اللعب بالكهرباء في قفازات مطاطية ، ولكن ، على سبيل المثال ، بالحديد أو الرصاص - هذا مستحيل ، على الرغم من أن المعدن أقوى؟ الشيء هو أن المطاط لا يوصل الكهرباء ، لكن الحديد والرصاص يعملان ، وبالتالي سيصدمان. توقف ... نحن نسير في الاتجاه الخاطئ ، فلنستدير ... نعم ... عليك أن تبدأ بحقيقة أن كل شيء في كوننا يتكون من أصغر الجسيمات - الذرات. هذه الجسيمات صغيرة جدًا لدرجة أن شعرة الإنسان ، على سبيل المثال ، أثخن بملايين المرات من أصغر ذرة هيدروجين. تتكون الذرة (انظر الشكل 1.1) من جزأين رئيسيين - نواة موجبة الشحنة ، والتي تتكون بدورها من نيوترونات وبروتونات وإلكترونات تدور في مدارات معينة حول النواة.

الشكل 1.1 - هيكل الإلكترون

إجمالي الشحنة الكهربائية للذرة دائمًا (!) يساوي صفرًا ، أي أن الذرة محايدة كهربائيًا. تمتلك الإلكترونات رابطة قوية إلى حد ما مع النواة الذرية ، ومع ذلك ، إذا قمت بتطبيق بعض القوة و "سحب" إلكترونًا واحدًا أو أكثر من الذرة (عن طريق التسخين أو الاحتكاك ، على سبيل المثال) ، فإن الذرة ستتحول إلى أيون موجب الشحنة ، لأن قيمة الشحنة الموجبة لنواتها ستكون أكبر من قيمة الشحنة الكلية السالبة للإلكترونات المتبقية. والعكس صحيح - إذا تمت إضافة إلكترون واحد أو أكثر إلى الذرة بأي طريقة (ولكن ليس عن طريق التبريد ...) ، فإن الذرة ستتحول إلى أيون سالب الشحنة.

الإلكترونات التي تتكون منها ذرات أي عنصر متطابقة تمامًا في خصائصها: الشحنة والحجم والكتلة.

الآن ، إذا نظرت إلى التركيب الداخلي لأي عنصر ، يمكنك أن ترى أن الذرات لا تشغل الحجم الكامل للعنصر. دائمًا ، في أي مادة ، توجد أيضًا أيونات سالبة الشحنة وشحنة موجبة ، وتحدث عملية تحويل "أيون سالب الشحنة - ذرة موجبة الشحنة" باستمرار. في عملية هذا التحول ، يتم تكوين ما يسمى بالإلكترونات الحرة - إلكترونات غير مرتبطة بأي من الذرات أو الأيونات. اتضح أن المواد المختلفة لها أعداد مختلفة من هذه الإلكترونات الحرة.

ومن المعروف أيضًا من مسار الفيزياء أن هناك ما يسمى بالمجال الكهربائي غير المرئي حول أي جسم مشحون (حتى وإن كان ضئيلًا مثل الإلكترون) ، وتتمثل خصائصه الرئيسية في القوة والاتجاه. من المقبول بشكل مشروط أن يتم توجيه المجال دائمًا من نقطة الشحنة الموجبة إلى نقطة الشحنة السالبة. ينشأ مثل هذا المجال ، على سبيل المثال ، عند فرك الصوف بإيبونيت أو قضيب زجاجي ، بينما في هذه العملية يمكن للمرء أن يسمع صدعًا مميزًا ، سننظر في هذه الظاهرة لاحقًا. علاوة على ذلك ، سوف تتكون شحنة موجبة على قضيب زجاجي ، وشحنة سالبة على قضيب زجاجي. هذا يعني فقط انتقال الإلكترونات الحرة من مادة إلى أخرى (من قضيب زجاجي إلى صوف ومن صوف إلى قضيب إيبونيت). يعني نقل الإلكترونات تغييرًا في الشحنة. لتقييم هذه الظاهرة ، توجد كمية مادية خاصة - كمية الكهرباء ، تسمى القلادة ، و 1Cl \ u003d 6.24 10 18 إلكترونًا. بناءً على هذه النسبة ، فإن شحنة إلكترون واحد (أو تسمى الشحنة الكهربائية الأولية) تساوي:

إذن ما علاقة كل هذه الإلكترونات والذرات بها ... لكن ما علاقتها بها. إذا أخذت مادة ذات محتوى عالٍ من الإلكترونات الحرة ووضعتها في مجال كهربائي ، فإن جميع الإلكترونات الحرة ستتحرك نحو النقطة الموجبة للحقل ، وتبقى الأيونات - نظرًا لوجود روابط قوية بين الذرات (interionic) - داخل المادة ، على الرغم من أنه من الناحية النظرية يجب أن تتحرك باتجاه تلك النقطة من المجال ، حيث تكون شحنتها معاكسة لشحنة الأيون. لقد تم إثبات ذلك من خلال تجربة بسيطة.

تم توصيل مادتين مختلفتين (الفضة والذهب) ببعضهما البعض ووضعهما في مجال كهربائي لعدة أشهر. إذا لوحظت حركة الأيونات بين المواد ، فيجب أن تحدث عملية انتشار عند نقطة التلامس ويتشكل الذهب في المنطقة الضيقة من الفضة ، وتتشكل الفضة في المنطقة الضيقة من الذهب ، لكن هذا لم يحدث ، مما يثبت عدم حركة الأيونات "الثقيلة". يوضح الشكل 2.1 حركة الجسيمات الموجبة والسالبة في مجال كهربائي: تتحرك الإلكترونات سالبة الشحنة عكس اتجاه المجال ، وتتحرك الجسيمات المشحونة إيجابياً في اتجاه المجال. ومع ذلك ، فإن هذا ينطبق فقط على الجسيمات غير المدرجة في الشبكة البلورية لأي مادة وغير مترابطة بواسطة روابط بين الذرية.

الشكل 1.2 - حركة شحنة نقطية في مجال كهربائي

تحدث الحركة بهذه الطريقة ، لأن الشحنات المتشابهة تتنافر ، وتتجاذب الشحنات المعاكسة: تعمل قوتان دائمًا على الجسيم: قوة جذابة وقوة طاردة.

لذلك ، فإن الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة هي التي تسمى التيار الكهربائي. هناك حقيقة مضحكة: كان يعتقد في البداية (قبل اكتشاف الإلكترون) أن التيار الكهربائي يتولد على وجه التحديد عن طريق الجسيمات الموجبة ، لذا فإن اتجاه التيار يتوافق مع حركة الجسيمات الموجبة من "زائد" إلى "ناقص" ، ولكن فيما بعد اكتشف العكس ، ولكن تقرر ترك اتجاه التيار كما هو ، وبقي هذا التقليد في الهندسة الكهربائية الحديثة. إذن الأمر في الواقع هو العكس!

الشكل 1.3 - هيكل الذرة

يمكن للحقل الكهربائي ، على الرغم من أنه يتميز بحجم الشدة ، إلا أنه يتم إنشاؤه حول أي جسم مشحون. على سبيل المثال ، إذا تم حك جميع أعواد الزجاج والإبونيت نفسها على الصوف ، فسيظهر مجال كهربائي حولها. يوجد مجال كهربائي بالقرب من أي جسم ويؤثر على الأشياء الأخرى مهما كان موقعها ، ولكن مع زيادة المسافة بينها تقل شدة المجال ويمكن إهمال قيمتها ، بحيث يقف شخصان جنبًا إلى جنب ولديهما بعض الشحنة ، على الرغم من أنهما يخلقان مجالًا كهربائيًا ويتدفق تيار كهربائي بينهما ، إلا أنه صغير جدًا بحيث يصعب إصلاح قيمته حتى مع الأجهزة الخاصة.

لذا ، حان الوقت للتحدث أكثر عن نوع هذه الخاصية - شدة المجال الكهربائي. يبدأ كل شيء بحقيقة أن المهندس العسكري الفرنسي تشارلز أوغستين دي كولوم ، مشتت انتباهه عن رسم الخرائط العسكرية ، استنتج في عام 1785 قانونًا يصف التفاعل بين نقطتين:

تتناسب وحدة قوة التفاعل لشحنات نقطتين في الفراغ طرديًا مع ناتج وحدات هذه الشحنات وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما.

لن نتعمق في سبب ذلك ، سنأخذ كلمة السيد كولوم ونقدم بعض الشروط للامتثال لهذا القانون:

• الشحنات النقطية - أي المسافة بين الأجسام المشحونة أكبر بكثير من حجمها - ومع ذلك ، يمكن إثبات أن قوة التفاعل بين شحنتين موزعتين حجميًا مع توزيعات مكانية متناظرة كرويًا غير متقاطعة تساوي قوة التفاعل بين شحنتين نقطيتين مكافئتين تقعان في مراكز التناظر الكروي ؛
• جمودهم. بخلاف ذلك ، تدخل تأثيرات إضافية حيز التنفيذ: المجال المغناطيسي للشحنة المتحركة وقوة لورنتز الإضافية المقابلة التي تعمل على شحنة متحركة أخرى ؛
• التفاعل في الفراغ.

رياضيا ، القانون مكتوب على النحو التالي:

حيث q 1 ، q 2 هي قيم رسوم نقطة التفاعل ،
ص هي المسافة بين هذه الشحنات ،
k هو بعض المعامل الذي يصف تأثير البيئة.
يوضح الشكل أدناه شرحًا رسوميًا لقانون كولوم.

الشكل 1.4 - تفاعل رسوم النقاط. قانون كولوم

وبالتالي ، تزداد قوة التفاعل بين شحنتين نقطتين مع زيادة هذه الشحنات وتنخفض مع زيادة المسافة بين الشحنات ، وتؤدي زيادة المسافة بمعامل اثنين إلى انخفاض القوة بمقدار أربعة أضعاف. ومع ذلك ، فإن هذه القوة لا تنشأ فقط بين شحنتين ، ولكن أيضًا بين شحنة ومجال (ومرة أخرى تيار كهربائي!). سيكون من المنطقي افتراض أن نفس الحقل له تأثير مختلف على الرسوم المختلفة. لذا فإن نسبة قوة التفاعل بين المجال والشحنة إلى حجم هذه الشحنة تسمى قوة المجال الكهربائي. شريطة أن تكون الشحنة والمجال ثابتًا ولا يغيران خصائصهما بمرور الوقت.

حيث F هي قوة التفاعل ،
q هي التهمة.
علاوة على ذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، فإن المجال له اتجاه ، وينشأ هذا تحديدًا من حقيقة أن قوة التفاعل لها اتجاه (إنها كمية متجهة: تجتذب الشحنات التي تحمل الاسم نفسه ، وتتنافر الشحنات المعاكسة).
بعد أن كتبت هذا البرنامج التعليمي ، طلبت من صديقي قراءته وتقييمه ، إذا جاز التعبير. بالإضافة إلى ذلك ، طرحت عليه سؤالًا مثيرًا للاهتمام في رأيي فقط حول موضوع هذه المادة. تخيل دهشتي عندما أجاب بشكل خاطئ. حاول الإجابة على هذا السؤال أيضًا (يتم وضعه في قسم المهام في نهاية الدرس) وناقش وجهة نظرك في التعليقات.
وأخيرًا ، نظرًا لأن المجال يمكنه نقل الشحنة من نقطة في الفضاء إلى أخرى ، فإن لديه طاقة ، وبالتالي يمكنه القيام بالشغل. هذه الحقيقة ستكون مفيدة لنا في المستقبل عند النظر في تشغيل التيار الكهربائي.
هذا يختتم الدرس الأول ، لكن لا يزال لدينا سؤال بلا إجابة ، لماذا ، في القفازات المطاطية ، لن يقتل التيار. دعنا نتركها كمؤامرة للدرس التالي. شكرا لاهتمامكم ، أراك قريبا!

• إن وجود الإلكترونات الحرة في مادة ما هو شرط لحدوث تيار كهربائي.
• لحدوث تيار كهربائي ، من الضروري وجود مجال كهربائي ، موجود فقط حول الأجسام التي لها شحنة.
• اتجاه تدفق التيار الكهربائي هو عكس اتجاه حركة الإلكترونات الحرة - يتدفق التيار من "زائد" إلى "ناقص" ، والإلكترونات بالعكس - من "ناقص" إلى "زائد".
• شحنة الإلكترون 1.602 10-19 درجة مئوية
• قانون كولوم: معامل قوة التفاعل لشحنات نقطتين في الفراغ يتناسب طرديا مع ناتج وحدات هذه الشحنات ويتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما.

• لنفترض أنه يوجد في مدينة موسكو البطل منفذًا معينًا ، وهو المنفذ الأكثر شيوعًا في المنزل. لنفترض أيضًا أننا قمنا بتمديد الأسلاك من موسكو إلى فلاديفوستوك وقمنا بتوصيل المصباح الكهربائي في فلاديفوستوك (مرة أخرى ، المصباح عادي تمامًا ، نفس المصباح الآن يضيء الغرفة لي ولكم). في المجموع ، ما لدينا: مصباح كهربائي متصل بنهايات سلكين في فلاديفوستوك ومنفذ في موسكو. الآن دعنا ندخل أسلاك "موسكو" في المنفذ. إذا لم نأخذ في الاعتبار الكثير من الظروف المختلفة وافترضنا أن المصباح الكهربائي في فلاديفوستوك قد اشتعلت فيه النيران ، فحاول تخمين ما إذا كانت الإلكترونات الموجودة حاليًا في المقبس في موسكو ستصل إلى خيوط المصباح الكهربائي في فلاديفوستوك؟ ماذا يحدث إذا قمنا بتوصيل المصباح الكهربائي ليس بالمقبس ، ولكن بالبطارية؟