Микроскопиялык да, макроскопиялык да физикалык кубулуштардын эбегейсиз көп түрдүүлүгү электромагниттик мүнөзгө ээ. Аларга сүрүлүү жана ийкемдүүлүк күчтөрү, бардык химиялык процесстер, электр энергиясы, магнетизм, оптика кирет.
Электромагниттик өз ара аракеттенүүнүн мындай көрүнүштөрүнүн бири заряддуу бөлүкчөлөрдүн иреттүү кыймылы. Бул ар кандай тармактарда колдонулуп жаткан дээрлик бардык заманбап технологиялардын таптакыр зарыл элементи болуп саналат - жашообузду уюштуруудан космоско учууларга чейин.
Кубулуштун жалпы түшүнүгү
Заряддалган бөлүкчөлөрдүн иреттүү кыймылы электр тогу деп аталат. Заряддардын мындай кыймылы айрым бөлүкчөлөр, кээде квази-бөлүкчөлөр аркылуу ар кандай чөйрөдө жүргүзүлүшү мүмкүн.
Учурдун шарты болуп саналаттак иреттүү, багытталган кыймыл. Заряддалган бөлүкчөлөр (нейтралдуулар сыяктуу эле) жылуулук баш аламан кыймылга ээ болгон объектилер. Бирок ток бул үзгүлтүксүз башаламан процесстин фонунда кандайдыр бир багытта заряддардын жалпы кыймылы болгондо гана пайда болот.
Дене бүтүндөй электрдик жактан нейтралдуу кыймылдаганда, анын атомдорундагы жана молекулаларындагы бөлүкчөлөр, албетте, бир багытта кыймылдашат, бирок нейтралдуу нерседеги карама-каршы заряддар бири-бирин компенсациялагандыктан, заряд өткөрүлбөйт. жана бул учурда да агымдын мааниси жок деп айта алабыз.
Ток кантип пайда болот
Турак токтун дүүлүгүүнүн эң жөнөкөй версиясын карап көрөлү. Эгерде жалпы учурда заряд алып жүрүүчүлөр бар чөйрөгө электр талаасы колдонулса, анда заряддалган бөлүкчөлөрдүн иреттүү кыймылы башталат. Бул көрүнүш заряддын дрейфи деп аталат.
Аны кыскача төмөнкүчө сүрөттөсө болот. Талаанын ар кандай чекиттеринде потенциалдар айырмасы (чыңалуу) пайда болот, башкача айтканда, бул заряддардын чоңдугуна байланыштуу бул чекиттерде жайгашкан электр заряддарынын талаа менен өз ара аракеттенүү энергиясы ар кандай болот. Белгилүү болгондой, ар кандай физикалык система тең салмактуулук абалына туура келген потенциалдык энергиянын минимумуна умтулгандыктан, заряддуу бөлүкчөлөр потенциалдардын теңдешине карай жылып баштайт. Башкача айтканда, талаа бул бөлүкчөлөрдү жылдыруу үчүн кандайдыр бир иштерди аткарат.
Потенциалдар теңдештирилгенде, чыңалуу жоголотэлектр талаасы - ал жок болот. Ошол эле учурда заряддуу бөлүкчөлөрдүн тартиптүү кыймылы, ток да токтойт. Стационардык, башкача айтканда, убакыттан көз каранды эмес талааны алуу үчүн, белгилүү бир процесстерде (мисалы, химиялык) энергиянын бөлүнүп чыгышынан улам заряддар үзгүлтүксүз бөлүнүп, токтун булагын колдонуу зарыл. электр талаасынын болушун камсыз кылуучу мамылар.
Токту ар кандай жолдор менен алууга болот. Ошентип, магнит талаасынын өзгөрүшү ага киргизилген өткөргүч чынжырдагы заряддарга таасирин тийгизип, алардын багытталган кыймылын шарттайт. Мындай ток индуктивдүү деп аталат.
Токтун сандык мүнөздөмөлөрү
Ток сандык жактан сүрөттөлгөн негизги параметр – бул токтун күчү (кээде «баа» же жөн эле «ток» дешет). Ал белгилүү бир бет аркылуу, адатта өткөргүчтүн кесилиши аркылуу убакыт бирдигинде өткөн электр энергиясынын саны (заряддын саны же элементардык заряддардын саны) катары аныкталат: I=Q / т. Ток ампер менен өлчөнөт: 1 A \u003d 1 C / с (секундуна кулон). Электр чынжырынын бөлүмүндө токтун күчү потенциалдар айырмасына түздөн-түз жана тескери - өткөргүчтүн каршылыгына байланыштуу: I \u003d U / R. Толук схема үчүн бул көз карандылык (Ом мыйзамы) I=Ԑ/R+r түрүндө туюнтулат, мында Ԑ булактын электр кыймылдаткыч күчү жана r – анын ички каршылыгы.
Токтун күчүнүн өткөргүчтүн кесилишине карата заряддалган бөлүкчөлөрдүн тартиптүү кыймылы ага перпендикуляр болгон катышы токтун тыгыздыгы деп аталат: j=I/S=Q/St. Бул маани бирдик аянты аркылуу убакыт бирдигине агып өткөн электр энергиясынын көлөмүн мүнөздөйт. Талаанын чыңдыгы Е жана чөйрөнүн электр өткөргүчтүгү σ канчалык жогору болсо, токтун тыгыздыгы ошончолук чоң болот: j=σ∙E. Учурдагы күчтөн айырмаланып, бул чоңдук вектордук жана оң заряд алып жүргөн бөлүкчөлөрдүн кыймылы боюнча багытка ээ.
Учурдагы багыт жана дрейф багыты
Электр талаасында, кулондук күчтөрдүн таасири астында заряд алып жүргөн объекттер заряддын белгиси боюнча карама-каршы келген ток булагынын уюлуна иреттүү кыймыл жасайт. Оң заряддалган бөлүкчөлөр терс уюлга ("минус") карай жылып кетет жана тескерисинче, бош терс заряддар булактын "плюс" жагына тартылат. Өткөргүч чөйрөдө эки белгинин тең заряд алып жүрүүчүлөрү болсо, бөлүкчөлөр эки карама-каршы багытта да кыймылдай алат.
Тарыхый себептерден улам жалпысынан ток позитивдүү заряддардын кыймылы боюнча - "плюс"тен "минуска" карай багытталат деп кабыл алынат. Чаташтырбоо үчүн, металл өткөргүчтөрүндөгү токтун эң тааныш болгон учурда бөлүкчөлөрдүн – электрондордун реалдуу кыймылы, албетте, карама-каршы багытта ишке ашса да, бул шарттуу эреже ар дайым колдонулаарын эстен чыгарбоо керек.
Учурдагы жайылуу жана дрейф ылдамдыгы
Көбүнчө учурдагы ылдамдыктын ылдамдыгын түшүнүүдө көйгөйлөр бар. Эки башка түшүнүктү чаташтырбоо керек: токтун таралуу ылдамдыгы (электрсигнал) жана бөлүкчөлөрдүн дрейф ылдамдыгы – заряд алып жүрүүчүлөр. Биринчиси, электромагниттик өз ара аракеттенүүнүн берилүүчү ылдамдыгы же - ошол эле - талаанын таралышы. Ал вакуумдагы жарыктын ылдамдыгына жакын (таратуу чөйрөсүн эске алуу менен) жана дээрлик 300 000 км/с.
Бөлүкчөлөр иреттүү кыймылын өтө жай жасашат (10-4–10-3 м/сек). Дрейфтин ылдамдыгы аларга колдонулган электр талаасынын таасир эткен интенсивдүүлүгүнө жараша болот, бирок бардык учурларда ал бөлүкчөлөрдүн жылуулук кокус кыймылынын ылдамдыгынан бир нече даражага төмөн болот (105 –106м/сек). Талаанын аракети астында бардык бош заряддардын бир убакта дрейфи башталарын түшүнүү керек, ошондуктан ток дароо бүт өткөргүчтө пайда болот.
Токтун түрлөрү
Биринчиден, токтар убакыттын өтүшү менен заряд алып жүрүүчүлөрдүн жүрүм-туруму менен айырмаланат.
- Туруктуу ток – бул бөлүкчөлөрдүн кыймылынын чоңдугун (күчүн) да, багытын да өзгөртпөгөн ток. Бул заряддуу бөлүкчөлөрдү жылдыруунун эң оңой жолу жана ал ар дайым электр тогун изилдөөнүн башталышы болуп саналат.
- Өзгөрмө токто бул параметрлер убакыттын өтүшү менен өзгөрөт. Анын генерациясы магнит талаасынын өзгөрүшүнө (айланышына) байланыштуу жабык чынжырда пайда болгон электромагниттик индукция кубулушуна негизделген. Бул учурда электр талаасы интенсивдик векторду мезгил-мезгили менен өзгөртөт. Ошого жараша потенциалдардын белгилери өзгөрүп, алардын мааниси «плюс»тен «минуска» бардык аралык маанилерге, анын ичинде нөлгө өтөт. Натыйжадакубулуш, заряддуу бөлүкчөлөрдүн иреттүү кыймылы багытын дайыма өзгөртүп турат. Мындай токтун чоңдугу максимумдан минимумга чейин өзгөрүп турат (көбүнчө синусоидалдык, башкача айтканда гармониялык). Өзгөрмө ток бул термелүүлөрдүн ылдамдыгынын жыштыгы сыяктуу маанилүү мүнөздөмөсүнө ээ - секундасына толук өзгөрүүнүн циклдарынын саны.
Бул эң маанилүү классификациядан тышкары, токтун ортосундагы айырмачылыктар ток таралган чөйрөгө карата заряд алып жүрүүчүлөрдүн кыймылынын мүнөзү сыяктуу критерий боюнча да жүргүзүлүшү мүмкүн.
Өткөргүч токтар
Токтун эң белгилүү мисалы – дененин ичиндеги (орточо) электр талаасынын таасири астында заряддалган бөлүкчөлөрдүн иреттүү, багытталган кыймылы. Ал өткөргүч ток деп аталат.
Катуу заттарда (металлдарда, графиттерде, көптөгөн татаал материалдарда) жана кээ бир суюктуктарда (сымап жана башка металл эритмелери) электрондор кыймылдуу заряддуу бөлүкчөлөр болуп саналат. Өткөргүчтөгү иреттүү кыймыл – бул алардын заттын атомдоруна же молекулаларына карата дрейфси. Мындай өткөргүчтүк электрондук деп аталат. Жарым өткөргүчтөрдө заряддын өтүшү электрондордун кыймылынын эсебинен да ишке ашат, бирок бир катар себептерден улам токту - оң квазибөлүкчөлөрдү сүрөттөө үчүн тешик түшүнүгүн колдонуу ыңгайлуу.
Электролиттик эритмелерде токтун өтүшү терс жана оң иондордун эритменин курамына кирген ар кандай уюлдарга – анод менен катодго жылышынын эсебинен ишке ашат.
Трансферттер
Газ - нормалдуу шарттарда диэлектрик - жетишерлик күчтүү иондоштурууга дуушар болсо, өткөргүч да боло алат. Газдын электр өткөрүмдүүлүгү аралаш. Иондоштурулган газ - бул электрондор да, иондор да, б.а. бардык заряддуу бөлүкчөлөр кыймылдаган плазма. Алардын иреттелген кыймылы плазма каналын түзөт жана газ разряды деп аталат.
Заряддардын багыттуу кыймылы айлана-чөйрөнүн ичинде гана эмес болушу мүмкүн. Оң же терс электроддон чыккан электрондор же иондор нуру вакуумда жылып жатат дейли. Бул кубулуш электрондук эмиссия деп аталат жана, мисалы, вакуумдук приборлордо кеңири колдонулат. Албетте, бул кыймыл агым.
Дагы бир жагдай – бул электрдик заряддуу макроскопиялык дененин кыймылы. Бул дагы ток, анткени мындай жагдай багытталган төлөмдү которуу шартын канааттандырат.
Жогорудагы мисалдардын баарын заряддалган бөлүкчөлөрдүн иреттүү кыймылы катары кароо керек. Бул ток конвекция же өткөрүү ток деп аталат. Анын касиеттери, мисалы, магниттик, өткөргүч токтордукына толугу менен окшош.
Бирдиктүү учурдагы
Заряддын өтүшүнө эч кандай тиешеси жок жана «чыныгы» өткөрүү же өткөрүп берүү агымынын касиетине ээ болгон убакыт боюнча өзгөрүп туруучу электр талаасы болгон жерде пайда болгон кубулуш бар: ал өзгөрмө магнит талаасын козгойт. Булмисалы, конденсаторлордун пластинкаларынын ортосундагы өзгөрмө ток чынжырларында пайда болот. Кубулуш энергиянын өткөрүлүшү менен коштолот жана орун алмаштыруучу ток деп аталат.
Чындыгында бул чоңдук электр талаасынын индукциясы анын векторунун багытына перпендикуляр белгилүү бир бетинде канчалык тез өзгөрөөрүн көрсөтөт. Электр индукциясы түшүнүгү талаанын күчүн жана поляризация векторлорун камтыйт. Вакуумда чыңалуу гана эске алынат. Заттагы электромагниттик процесстерге келсек, талаага дуушар болгондо байланган (эркин эмес!) заряддардын кыймылы ишке ашкан молекулалардын же атомдордун поляризациясы диэлектриктеги же өткөргүчтөгү жылыш токко кандайдыр бир салым кошот.
Аты 19-кылымда пайда болгон жана шарттуу, анткени чыныгы электр тогу заряддалган бөлүкчөлөрдүн иреттүү кыймылы болуп саналат. Заряддын жылышына эч кандай тиешеси жок. Ошондуктан, так айтканда, бул ток эмес.
Учурдагы көрүнүштөр (иш-аракеттер)
Заряддалган бөлүкчөлөрдүн иреттүү кыймылы ар дайым белгилүү бир физикалык кубулуштар менен коштолот, алар чындыгында бул процесс жүрүп жатабы же жокпу, аны аныктоого болот. Мындай көрүнүштөрдү (учурдагы аракеттерди) үч негизги топко бөлүүгө болот:
- Магниттик аракет. Кыймылдуу электр заряды сөзсүз түрдө магнит талаасын пайда кылат. Эгерде сиз компасты ток өтүп жаткан өткөргүчтүн жанына койсоңуз, жебе бул токтун багытына перпендикуляр бурулат. Бул кубулуштун негизинде, мисалы, электр энергиясын өзгөртүүгө мүмкүндүк берүүчү электромагниттик түзүлүштөр иштейт.механикалык.
- Жылуулук эффектиси. Ток өткөргүчтүн каршылыгын жеңүү үчүн иштейт, натыйжада жылуулук энергиясы бөлүнүп чыгат. Себеби дрейф учурунда заряддуу бөлүкчөлөр кристалл торчосунун элементтерине же өткөргүч молекулаларга чачырап, аларга кинетикалык энергия берет. Эгерде, айталы, металлдын торлору кемчиликсиз регулярдуу болсо, электрондор аны дээрлик байкабай калмак (бул бөлүкчөлөрдүн толкундук табиятынын кесепети). Бирок, биринчиден, торчо участокторундагы атомдордун өзүлөрү анын мыйзамдуулугун бузган жылуулук термелүүсүнө дуушар болушат, экинчиден, торлордун кемтиктери - аралашма атомдору, дислокациялар, боштуктар - электрондордун кыймылына да таасирин тийгизет.
- Химиялык аракет электролиттерде байкалат. Электр талаасы колдонулганда электролиттик эритме диссоциацияланган карама-каршы заряддуу иондор карама-каршы электроддорго бөлүнөт, бул электролиттин химиялык ажыроосуна алып келет.
Заряддалган бөлүкчөлөрдүн иреттүү кыймылы илимий изилдөөнүн предмети болуп саналгандан башка учурларда, ал адамды макроскопиялык көрүнүштөрү менен кызыктырат. Биз үчүн токтун өзү эмес, электр энергиясынын башка түргө айланышы менен шартталган жогоруда саналып өткөн кубулуштар маанилүү.
Учурдагы бардык аракеттер биздин жашообузда кош роль ойнойт. Кээ бир учурларда, алардан адамдарды жана жабдууларды коргоо керек болсо, башкаларында электр заряддарынын багытталган өтүшү менен шартталган тигил же бул эффектти алуу түз болот.ар кандай техникалык түзүлүштөрдүн максаты.
