Чем создается ток в атомах
Перейти к содержимому

Чем создается ток в атомах

  • автор:

Электричество.

Электрический свет в окнах домов, опоры линий электропередач, рисунок в синих тонах.

Электрический ток — это направленное (упорядоченное) движение частиц — носителей электрического заряда. (Если эти заряды неподвижны, то возникающие явления называют статическим электричеством).

Такими носителями могут являться:
  • в металлах — электроны ;
  • в электролитах — ионы (катионы и анионы);
  • в газах — ионы и электроны.
Как возникает электричество.

Ядро атома состоит из нейтронов и протонов . Электроны, которые вращаются вокруг ядра, имеют отрицательный заряд, а протоны, которые находятся в ядре, – положительный. Обычно количество электронов в атоме совпадает с количеством протонов в ядре, поэтому атом не имеет заряда – он нейтрален. Бывают такие атомы, у которых может не хватать одного электрона. Они имеют положительный заряд и начинают притягивать электроны с отрицательным зарядом из других атомов. И в этих, других атомах электроны слетают со своих орбит, меняют траекторию движения. Движение электронов от одного атома к другому приводит к образованию энергии. Эта энергия и называется электричеством.

Как получают электричество.

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. Например, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Как работает электричество.

В электродвигателях, вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором.

Лампа накаливания — спираль (тугоплавкий проводник из вольфрама) , помещенный в прозрачный заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет.

Откуда появилось название электричество . Ещё древний человек заметил удивительное свойство натертой янтарём шерсти притягивать нитки, пыль и другие мелкие предметы. Гораздо позже данное свойство было замечено и за другими веществами, такими как сера, сургуч и стекло. И по причине того, что «янтарь» по-гречески звучал как «электрон», эти свойства начали называться электрическими.

Почему металлы хорошо проводят электрический ток. В металле часть электронов не связана с атомами и может свободно перемещаться, благодаря чему металлы хорошо проводят электричество.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. В розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Это значит, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

Постоянный ток — направление движения электронов не меняется. Наиболее распространенные источники постоянного тока: гальванические элементы (батарейки). , аккумуляторы. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Почему используют переменный ток.В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Электрон — элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом, входящая в состав всех атомов, а следовательно, и любого обычного вещества. Это – самая легкая из электрически заряженных частиц. Электроны участвуют почти во всех электрических явлениях. В металле часть электронов не связана с атомами и может свободно перемещаться, благодаря чему металлы хорошо проводят электричество.

Ионы — это положительные или отрицательно заряженные частицы, в которые превращаются атомы или группы атомов в результате отдачи или присоединения электронов.

  • Катион — положительно заряженный ион.
  • Анион — отрицательно заряженный ион.

Электрон — элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом, входящая в состав всех атомов. Это – самая легкая из электрически заряженных частиц. Электроны участвуют почти во всех электрических явлениях.

Кинетическая энергия — это энергия движения тела. То есть, любой объект обладающий хоть какой-то массой и хоть какой-то скоростью обладает кинетической энергией.

Нейтрон (от лат. neuter — ни тот, ни другой) — тяжёлая элементарная частица, не имеющая электрического заряда. Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Нейтроны и протоны являются двумя главными компонентами атомных ядер. Общее название для протонов и нейтронов — нуклоны.

Не путать с нейроном. Нейрон это клетка, единица нервной системы, которая предназначена для приема извне, обработки, хранения, передачи и вывода вовне информации с помощью электрических и химических сигналов.

Протон(от др.-греч. первый, основной) — элементарная, положительно заряженная частица, входящая в ядро атома.

  1. Слушать на английском:
  2. Названия комплектующих ПК
  3. Названия тегов HTML
  4. Цветов CSS
  5. Названия редакторов на английском языке
Оглавление раздела
  1. Электричество
  2. Электрическое напряжение
  3. Электрическая цепь
  4. Виды электрических цепей
  5. Импульсный источник питания
    1. Схема генератора импульсов регулируемой ширины
    2. Схема импульсного источника питания
    3. Сетевой импульсный источник питания
    4. Корректор коэффициента мощности

    Электрический ток

    Что такое атом? В переводе на русский язык атом означает неделимый. Долгое время никто не мог опровергнуть это утверждение. И наконец, в конце 19-го века было доказано, что атом делится на более мелкие частицы, главными из которых являются электроны, протоны и нейтроны. При изучении этих частиц оказалось, что протоны и электроны обладают электрическими зарядами, причем заряды их равны по величине, но противоположны по знаку. Заряд электрона относится к тому электричеству, которое назвали отрицательным, а заряд протона – к тому, которое назвали положительным. Масса электрона меньше массы протона примерно в 1840 раз. Так как электроны и протоны электрически заряжены, они подчиняются закону о взаимодействии электрических зарядов: одноименные отталкиваются (протон с протоном и электрон с электроном), а разноименные притягиваются(протон с электронном). Нейтрон — третья частица в составе атома, по массе равна протону, однако нейтрон не обладает электрическим зарядом. Говорят, что он электрически нейтрален, отсюда и его название – нейтрон. Атома водородаКак было сказано выше, атом имеет очень сложное строение, но для первого раза можно ограничиться следующим упрощенным представлением о его строении. В центре атома находится ядро, оно состоит из протонов и нейтронов, следовательно оно заряжено положительно. Вокруг ядра, на внушительном расстоянии, в сотни тысяч раз превосходящем его размеры, вращаются электроны. Так как в каждом атоме число электронов равно числу протонов, то он считается электрически нейтральным. Самый простой по строению атом – атом водорода, его ядро состоит из одного протона, вокруг которого вращается один электрон. Атомы различных веществ отличаются один от другого числом протонов, нейтронов и электронов. Что такое ион? Если каким-нибудь образом атом потеряет один или несколько электронов, он станет положительно заряженным, такой атом будет называться положительным ионом, а если же атом приобретет один или несколько электронов, он будет называться отрицательным ионом, ибо он будет отрицательно заряженным. Электрическое поле. Учеными было установлено существование особого вида материи – поля. Вокруг электрических зарядов тоже присутствует поле, называемое электрическим. Характерной особенностью этого поля является механическая сила, действующая на электрические заряды, находящиеся в этом поле. Чаще всего электрическое поле изображают на рисунках в виде стрелок, показывающих направление, в котором бы двигался под действием сил этого поля свободный положительный заряд. Также эти линии еще называют силовыми. В действительности никаких линий не существует. Атома водородаПроводники и изоляторы. В различных веществах электроны связаны со своими атомами по-разному, в некоторых связь прочна, в некоторых – нет. Электроны, которые плохо связаны с атомами и которые могут легко покинуть их, называются свободными. Если в одной из точек вещества, в котором присутствуют свободные электроны, создать их избыток, а в другом – недостаток, то они, сохраняя хаотичное движение, начнут всей массой перемещаться в ту точку, сторону, где электронов недостаточно. Это движение в одну сторону будет называться электрическим током. Вещества, в которых есть наличие свободных электронов, называются проводниками электрического тока. В остальных веществах, например слюде, резине, электроны, наоборот, очень крепко связаны со своими атомами и при нормальных условиях не смогут покинуть их, в таких веществах ток никогда не возникнет, поэтому они называются непроводниками, или изоляторами.

    Колесник Алексей Опубликована: 2011 г. 0 4

    Вознаградить Я собрал 0 4

    Оценить статью

    • Техническая грамотность

    Оценить Сбросить

    Средний балл статьи: 4.8 Проголосовало: 4 чел.

    Физика тока для программиста

    Основная составляющая работы всех устройств на микроконтроллере – электрический ток . И, чтобы начать его использовать в своих целях – нам надо понять, откуда он берётся, и как он делает для нас то, что нам нужно.

    Всё, что нас окружает, состоит из маленьких элементов – молекул . Молекул существует множество разновидностей, и каким будет вещество – лёгким или тяжелым, жидким или твёрдым, зависит от того, из каких молекул оно состоит.

    Вещество состоит из молекул

    Каждая молекула обладает определённой энергией, которая позволяет ей двигаться в пространстве, а также межмолекулярной силой, которая притягивает её к другим молекулам. Если энергии много она преодолевает и притяжение других молекул, и силу тяжести – тогда мы получаем газ. Если энергии поменьше, то молекула преодолевает частично только притяжение других молекул – так получается жидкость. И если энергии совсем мало, а межмолекулярные связи образуются сильные – то мы получаем твердое вещество. Но между тем, это зависит ещё и от температуры – с нагревом мы даём молекулам больше энергии. Например, нагревая воду, мы добиваемся того, чтобы молекулы получили столько энергии, что легко преодолевают притяжение других молекул и убегают в воздух в виде пара.

    Но чтобы понять электричество, нам нужно углубиться в строение вещества ещё глубже. И на следующем уровне находятся атомы. Каждая молекула состоит из определённого набора атомов . И если видов молекул огромное множество, то набор атомов в природе довольно ограничен, они все перечислены в таблице Менделеева. Свойства молекулы зависят от атомов, из которых она состоит. Для примера рассмотрим три молекулы: это молекула кислорода, молекула воды, и молекула ДНК человека. Молекула кислорода, которым мы дышим, состоит из двух атомов кислорода. А вот вода является соединением двух атомов кислорода и одного атома водорода. Человеческая ДНК, в которой закодирована вся генетическая информация, состоит из множества самых разных атомов: кислорода, углерода, водорода, фосфора, натрия и т.д.

    Различные молекулы

    И всё разнообразие веществ в мире складывается из различных комбинаций атомов.

    Атом переводится с древнегреческого как «неделимый». Но увы, греки ошибались: он вполне себе делится на составные части. И именно в этих частичках, из которых состоит атом, как раз и кроется ответ на вопрос «что такое электрический ток?».

    Электроны

    Молекула состоит из атомов

    Атом состоит всего из трёх частичек: нейтрона, протона и электрона. Объединившись, эти частицы создают атом, тип которого зависит только от количества частиц в нём.

    Протоны и нейтроны находятся в самой середине, и составляют ядро атома. Электроны же вращаются вокруг этого ядра, каждый на строго определённом расстоянии.

    Ну а теперь самое главное: считается, что у этих частиц есть заряд. У электрона он отрицательный (минус) , у протона – положительный (плюс) , а у нейтрона – нейтральный .

    Заряды эти взаимодействуют: если мы возьмём два одинаковых заряда, то они будут отталкивать друг друга, а одинаковые притягиваться. Протоны в ядре не разлетаются друг от друга только потому, что их удерживают рядом друг с другом более мощные ядерные силы (именно на использовании этих сил и построены ядерные электростанции).

    Сила притягивания положительного заряда по мере удаления от протона ослабевает, а распределение этой силы в пространстве вокруг ядра называется электромагнитным полем. Несколько протонов, объединяя силу положительного заряда, создают положительно заряженное поле атома, и именно это поле притягивает к атому электроны.

    Причем заряды протона и электрона друг друга уравновешивают, и в атоме их количество одинаково: сколько протонов в ядре, столько электронов и будет вращаться вокруг. При этом каждый электрон ещё и находится на определенном отдалении от ядра.

    Электроны в магнитном поле атома

    Чтобы понять лучше эту систему, представь себе океан, в котором плавают рыбы. Есть рыбы глубоководные, а есть плавающие на самой поверхности. С электронами так же: некоторые плавают на самой глубине, и не дают другим электронам нырнуть глубже к ядру, некоторые плавают в середине, а есть и такие которым достаётся только поверхность электромагнитного поля.

    Но на поверхности, силы удерживающие электрон, у некоторых атомов довольно слабые, и он может перепрыгнуть на соседний атом. При этом атом потерявший электрон теряет с ним часть отрицательного заряда, и становится положительно заряженным. Его называют положительный ион.

    А атом, к которому прибежал электрон получает усиление отрицательного заряда, и становится отрицательным ионом.

    Электрон, который отправляется в путешествие от одного атома к другому, называют свободный электрон.

    положительный и отрицательный ион

    Электрический ток

    В некоторых веществах электроны держатся на поверхности поля плохо, и постоянно путешествуют от одного атома к другому:

    хаотическое движение свободных электронов

    Если вещество плохо держит на поверхности атома электроны, и они легко соскакивают и перемещаются на соседний атом, то его называют проводник . Если вещество держит электроны на поверхности крепко – то оно называется диэлектриком .

    Перемещения электронов обладают одним главным свойством: электрон всегда стремится в сторону положительного заряда. То есть туда, где электронов меньше протонов.

    Электрический ток

    Здесь действуют сразу две силы: положительный заряд атомов, у которых отсутствуют электроны, притягивает их к себе. А отрицательный заряд других электронов, в свою очередь, выталкивает передние электроны. Именно поэтому все электроны будут стремиться вправо, до того момента, пока равномерно не распределятся по веществу.

    И когда все электроны бегут в одном направлении – тогда и получается постоянный электрический ток .

    Итак, чтобы получить постоянный электрический ток, нам нужно сделать так, чтобы в одной точке пространства был переизбыток электронов, а в другой точке пространства был их недостаток.

    В качестве примера можно привести обычную батарейку: на одном её полюсе с помощью химической реакции поддерживается переизбыток электронов, на другом полюсе их недостаток. Если мы проложим электронам путь, от одного полюса к другому, с помощью проводника, то электроны побегут по нему. Нам останется только расположить на их пути разные элементы, чтобы ток выполнял полезную для нас работу!

    Чем создается ток в атомах

    В предыдущих параграфах мы показали, что электрический ток — это упорядоченное движение свободных электрических зарядов под действием электрического поля источника. Но мы пока не выяснили два вопроса: какие это заряды? Как они движутся? Сейчас, пожалуй, настало время получить ответ и на эти вопросы. Но предварительно необходимо вспомнить внутреннее строение металлических проводников.

    Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. Частицы в кристаллах расположены в определённом порядке, образуя пространственную (кристаллическую) решётку. Как вам уже известно, в любом металле часть валентных электронов покидает свои места в атоме, в результате чего атом превращается в положительный ион. В узлах кристал-лической решётки металла расположены положительные ионы, а в пространстве между ни-ми движутся свободные электроны (электронный газ), т.е. не связанные с ядрами своих атомов.
    Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален.
    Какие же электрические заряды движутся под действием электрического поля в металлических проводниках? Мы можем предположить, что под действием электрического поля движутся свободные электроны. Но это наше предположение нуждается в доказательстве.
    В 1899 г. К. Рикке на трамвайной подстанции в Штуттгарте включил в главный провод, питающий трамвайные линии, последовательно друг другу торцами три тесно прижатых цилиндра; два крайних были медными, а средний — алюминиевым. Через эти цилиндры более года проходил электрический ток. Произведя тщательный анализ того места, где цилиндры контактировали, К. Рикке не обнаружил в меди атомов алюминия, а в алюминии — атомов меди, т. е. диффузия не произошла. Таким образом, он экспериментально доказал, что при прохождении по проводнику электрического тока ионы не перемещаются. Следователь-но, перемещаются одни лишь свободные электроны, а они у всех веществ одинаковые.

    Существование электронов проводимости в металлах было доказано учёными и в другом опыте. Если привести в быстрое вращение проволочную катушку, а затем её резко остановить, то в такой цепи электроизмерительный прибор покажет наличие кратковременного тока, хотя в цепи нет источника тока. Это продолжали двигаться электроны проводимости.
    Итак, электрический ток в металлических проводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов, под действием электрического поля
    Если в проводнике нет электрического поля, то электроны движутся хаотично, аналогично тому, как движутся молекулы газов или жидкостей. В каждый момент времени скорости различных электронов отличаются по модулям и по направлениям. Если же в проводнике создано электрическое поле, то электроны, сохраняя свое хаотичное движение, начинают смещаться в сторону положительного полюса источника. Вместе с беспорядочным движением электронов возникает и упорядоченный их перенос — дрейф.

    Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике под действием электрического поля невелика — несколько миллиметров в секунду, а иногда и ещё меньше. Но как только в проводнике возникает электрическое поле, оно с огромной скоростью, близкой к скорости света в вакууме (300 000 км /с ), распространяется по всей длине проводника.
    Одновременно с распространением электрического поля все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника. Так, например, при замыкании цепи электрической лампы в упорядоченное движение приходят и электроны, имеющиеся в спирали лампы.
    Понять это поможет сравнение электрического тока с течением воды в водопроводе, а распространения электрического поля — с распространением давления воды. При подъёме воды в водонапорную башню очень быстро по всей водопроводной системе распространяется давление (напор) воды. Когда мы открываем кран, то вода уже находится под давлением и начинает течь. Но из крана течёт та вода, которая была в нём, а вода из башни дойдёт до крана много позднее, т.к. движение воды происходит с меньшей скоростью, чем распростра-нение давления.
    Когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля.
    Электрический сигнал, посланный, например, по проводам из Москвы во Владивосток (s=8000 км), приходит туда примерно через 0,03 с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *