Elektros srovė - tai kryptingas elektringų dalelių judėjimas. Norint gauti nenutrūkstamą srovę, reikia nuolatos papildyti vieno kūno krūvį, palaikyti aukštesnį jo potencialą - sukurti laidininke nuolatinį potencialų skirtumą ir nuolatinį elektrinį lauką.
Srovė teka tik akimirką - kol išsilygina sujungtų kūnų potencialai, o tada išnyksta elektrinis laukas jungiančiuose laidininkuose ir krūvių judėjimas liaujasi. Tai gali atlikti srovės šaltinis, sudarantis pastovią įtampą. Elektros srovė teka grandine iš šaltinio teigiamo poliaus į neigiamą.
Elektronai grandinėje juda nuo šaltinio neigiamo poliaus, kur yra jų perteklius, link teigiamo, priešingai nei srovės kryptis. Srovės kryptis ir elektronų judėjimo kryptis yra priešingos. Elektrinis laukas plinta didžiausiu gamtoje greičiu (3* m/s).
Elektronai juda laidininke: be chaotiško labai intensyvaus šiluminio judėjimo, jie lėtai slenka viena kryptimi. Šis judėjimas vadinamas elektronų dreifu. Tai ir yra elektros srovė.
Srovės stiprumas laidininke (I) išreiškiamas pratekėjusio elektros krūvio (q) ir laiko (t) santykiu: I=q/t [I]=A 1A=1C/1s. Prietaisai srovei matuoti vadinami ampermetrais.
Srovės stiprumo priklausomybės nuo įtampos grafikas vadinamas laidininko voltamperine charakteristika.
Laidininkų varža: Varža vadinama medžiagos savybė priešintis elektros srovei. Laidininko varža yra tiesiog proporcinga jo ilgiui ir atvirkščiai proporcinga skerspjūvio plotui: R=ģl/S ģ - specifinė varža. Kuo didesnė varža, tuo mažesnis laidumas, ir atvirkščiai.
Elektros grandinę sudaro dvi dalys: išorinė ir vidinė. Išorinė grandinės dalis - tai visa, kkas yra prijungta prie šaltinio gnybtų. Išorinė grandinės dalis vartoja elektros energiją - joje elektros energija virsta kitų rūšių energija. Išorinės grandinės dalies varža vadinama išorine varža (R) Elektronai juda nuo neigiamo poliaus lig teigiamo.
Vidinė grandinės dalis yra paties elektros srovės šaltinio vidus - laidininkai, kuriais juda elektringos dalelės šaltinio viduje. Galvaniniame elemente - tai elektrolitas ir elektrodai; generatoriuje - inkaro apvija. Vidinėje grandinės dalyje kitų rūšių energija virsta elektros energija. varža vadinama vidine varža (r). Elektronai juda nuo teigiamo poliaus lig neigiamo.
Elektros srovės šaltinyje kokios nors rūšies energija nenutrūkstamai virsta elektros energija. elemente - cheminė, generatoriuje - mechaninė, termoelemente - šiluminė virsta elektros energija. Neelektrinės kilmės jėgos, veikiančios elektros srovės šaltinyje, vadinamos pašalinėmis jėgomis. Pašalinės jėgos. EVJ. Pašalinių jėgų darbą apibūdina fizikinis dydis - elektrovaros jėga.
Energijos tvermės dėsnis. Srovės šaltinyje pašalinės jėgos atlikto darbo A ir dėl to pratekėjo krūvis q. laidininku vadinamas trumpuoju sujungimu.
Varža priklauso ne tik nuo laidininko matmenų ir medžiagos, bet ir nuo temperatūros. Metaliniame laidininke, kylant temperatūrai, didėja laisvųjų elektronų chaotiško judėjimo greitis, intensyvėja atomų virpesiai, dažnėja elektronų susidūrimai su atomais.
Dėl to mažėja elektronų dreifo greitis ir srovės stiprumas, o tai tolygu laidininko varžos didėjimui. Visų metalų varža, kylant temperatūrai, didėja. Anglyje, elektrolituose ir puslaidininkiuose, kylant temperatūrai, daugėja laisvų elektringų dalelių vienetiniame tūryje, todėl jų varža mažėja.
Superlaidumas
Krintant temperatūrai, metalų varža palaipsniui mažėja. Šis procesas vyksta tik iki tam tikros ribos - pasiekus itin žemą temperatūrą, paprastai 3-6K virš absoliutinio nulio, laidininko varža staiga išnyksta.
Meissner efektas superlaidininke
Į superlaidžiąją būseną - varis, auksas, sidabras, platina, kad ir kaip šaldomi, nevirsta superlaidininkais. Superlaidžiame žiede arba uždaroje ritėje kartą sužadinta srovė teka nesilpnėdama praktiškai metus ar ilgiau. Srovė superlaidininkais teka neprarasdama energijos.
Nuoseklus ir lygiagretus jungimas
Nuosekliuoju vadinamas toks jungimas, kai grandinės elementai jungiami paeiliui, vienas po kito.
- Nuosekliai sujungtos grandinės bendra varža lygi atskirų dalių varžų sumai.
- Kai reikia padidinti įtampą, elementai jungiami nuosekliai.
- Baterijos iš n elementų EVJ E yra n kartų didesnė už vieno elemento EVJ E1 ; E=n E1 .
- tačiau n kartų padidėja ir baterijos vidinė varža: r=nr1.
Nuoseklus rezistorių jungimas
Lygiagrečiuoju vadinamas toks jungimas, kai vieni grandinės elementų gnybtai jungiami į vieną mazgą, o kiti -į kitą.
- Grandinės mazguose elektros krūviai nesikaupia.
- Atskiromis šakomis tekančių srovių stiprumai atvirkščiai proporcingi tų dalių varžoms.
Lygiagretus rezistorių jungimas
Mišrusis jungimas. Lygiagretus jungimas.
Elektros srovės darbas ir galia
Elektros energijos kiekis, kuris išorinėje grandinės dalyje virsta kitų rūšių energija, yra lygus elektros srovės darbui. DŽAULIO LENCO DĖSNIS.
Elektros srovės galia. Fizikinė prasmė: Vatas yra tokio elektros imtuvo, kuriame kiekvieną sekundę 1J elektros energijos virsta kitos rūšies energija.
P=IU P=U²/R P=I²R Srovės galią galima išmatuoti naudojantis ampermetru ir voltmetru arba specialiu prietaisu vatmetru.
KIRCHHOFO DĖSNIS. I=0 IR=E įtampos kritimų algebrinė suma yra lygi tame kontūre veikiančių elektrovaros jėgų algebrinei sumai. jeigu srovės kryptis sutampa su apėjimo kryptimi tai rašomas +.
Termoelementas ir Peltje efektas
Srovė, atsiradusi šiluminei energijai tiesiogiai virstant elektros energija, vadinama termosrove, o du sujungti skirtingų medžiagų laidininkai vadinami termoelementu. Skirtinguose metaluose yra nevienoda laisvųjų elektronų koncentracija, nevienodos jėgos sulaiko elektronus uždarytus metale. Todėl prasideda laisvųjų elektronų difuzija (elektroninių dujų).
Pvz.: Suglaudus geležį ir varį iš geležies į varį prasiskverbs daugiau elektronų, negu priešinga kryptimi, nes geležyje jų koncentracija didesnė. metalų sandūra įsielektrins. Susidarys kontaktinis potencialų skirtumas. Kontaktiniam potencialų skirtumui pasiekus tam tikrą vertę, nusistovės dinaminė pusiausvyra. Tarp metalų bus pastovus potencialų skirtumas.
t - šiltojo ir šaltojo kontaktų temperatūros skirtumas. vieno elemento. Pagal šilumos šaltinį termogeneratoriai skirstomi į saulės, atominius ir dujinius, o ppagal paskirtį - į kosminius, jūrinius ir t.t.. Jų galia siekia iki kelių šimtų kilovatų. kontaktas kaista, o kitas šala. Pakeitus srovės kryptį, vyksta priešingi procesai. Šis reiškinys vadinamas Peltje efektu.
Jeigu šaltinio srovę nukreipsime ta pačia kryptimi, kaip tekėjo termosrovė, tai kontakte A elektronų srautas bus stabdomas, nes turės nugalėti kontaktinį potencialų skirtumą; elektronų greitis ir kinetinė energija mažės, ir dėl to kontaktas A pradės aušti. Tokie termoelementai gali būti naudojami šaldytuvuose. Paleidus termobaterija srovę, šaldytuvo viduje esantieji išorėje - šyla. Pakeitus elektros srovės kryptį, šaldytuvas virsta šildytuvu.
Elektrolitai ir elektrolizė
Metalais, jų lydiniais, anglimi elektros srovė teka visiškai nekeisdama jų cheminės sudėties. Tekant srovei, jie tik įšyla. Tokios medžiagos vadinamos pirmosios rūšies laidininkais. Joms būdingas elektroninis laidumas.
Elektrolitui tirpstant vandenyje, molekulės suyra į teigiamą ir neigiamą elektros krūvį turinčias dalis, jonus. EElekrolito skilimas į jonus veikiant tirpikliui, vadinamas elektrolitine disociacija. Skirtingų ženklų jonai gali susijungti ir vėl sudaryti neutralią molekulę.
Teigiami jonai juda link neigiamo elektrodo - katodo, o neigiami jonai - link teigiamo elektrodo, anodo. Šie jonų ssrautai sudaro elektros srovę elektrolituose. Antrosios rūšies laidininkų elektrolitų laidumas yra joninis.
Medžiagos išsiskyrimas ant elektrodų, tekant srovei elektrolitu, vadinamas elektrolize. FARADĖJAUS DĖSNIS. Proporcingumo koeficientas k vadinamas išskirtosios medžiagos elektrocheminiu ekvivalentu. Jis priklauso nuo jonų masės ir valentingumo. Visi vienos rūšies jonai yra vienodos masės ir perneša vienodą krūvį.
Elektrolizės taikymas: galvaniniai cechai, kuriuose geležinės ir plieninės detalės padengiamos nerūdijančiais metalais. Sidabruojami ir auksuojami papuošalai. Metalinių dangų nusodinimas ant gaminių vadinamas galvanostegija. Tikslių metalinių kopijų gamyba elektrolizės būdu vadinama galvanoplastika.
Elektros srovė dujose
Netekusios elektronų molekulės tampa teigiamais jonais. Atskilę elektronai sudaro neigiamus jonus. Dujų elektrinis laidumas yra mišrus: joninis ir elektroninis.
Dujas galima jonizuoti švitinant oro tarpą ultravioletiniais, Rentgeno arba radioaktyviųjų medžiagų skleidžiamais spinduliais. neutralų atomą ar molekulę - tai molizacija arba elektringųjų dalelių rekombinacija. Nustojus veikti jonizatoriui, dujos greitai molizuojasi ir srovė nutrūksta. Toks išlydis, kuris vyksta veikiant pašaliniam jonizatoriui, vadinamas nesavaiminiu.
VOLTAMPERINĖ CHARAKTERISTIKA. Didinant įtampą, krūvininkų greitis didėja, vvis daugiau jų pasiekia elektrodus ir srovės stiprumas didėja proporcingai įtampai (OA) Iki įtampos Ua srovė dujose paklūsta Omo dėsniui. Kai įtampa pasiekia Ua ir toliau didėja iki Ub, tai srovės stiprumas lieka pastovus. Tai įvyksta todėl, kad jau visi jonizatoriaus sukurti krūvininkai pasiekia elektrodus ir nėra iš ko srovei didėti. Srovė, kurios stiprumas nepriklauso nuo įtampos, vadinama soties srove.
Nuo įtampos Ub srovės stiprumas staigiai kyla (BC), nors jonizatoriaus galia ir nedidinama. Jonizatoriaus gali ir nebūti srovė vis tiek ttekės. Izoliatoriaus pramušimo priežastis yra smūginė dujų jonizacija. lauke elektringosios dalelės įgyja didelį greitį. molekulę - išmušti iš jos elektroną - tai smūginė jonizacija.
Smūginė jonizacija gali prasidėti visai nesant pašalinio jonizatoriaus &- savaime, nes dujose visuomet yra šiek tiek reikalingų jos pradžiai laisvų elektronų. Oro jonizacijos lygio matavimu pagrįstas radioaktyviojo spinduliavimo matuoklių dozimetrų veikimas. Dozimetras sudarytas iš jonizacijos kameros, jautraus galvonometro, elektros šaltinio.
Kibirkštinis išlydis (žaibas). Vainikinis išlydis. Smūginė jonizacija gali vykti tik ten kur laukas stipriausias, ir be kibirkštinio išlydžio. Švytintis vainikas apie laidus susidaro, dujoms jonizuojantis ne visoje erdvėje tarp laidų, o kur laukas stipriausias. Vainikinis išlydis sudaro nemažus energijos nuostolius.
Elektros lankas (Voltos lankas). stiprumas turi būti didelis. Norint gauti elekrtos lanką, reikia įtampą prijungti prie dviejų anglinių elektrodų, jų laidus akimirkai suglausti ir graitai atitraukti nedideliu atstumu.
Elektros srovė praretintose dujose ir plazma
Tekant srovei, dujos vamzdelyje pradeda švytėti. Šviečiantis stulpelis mažėjant slėgiui plečiasi, šviesėja ir palaipsniui užpildo visą vamzdį. Šis išlydis vadinamas rusenančiuoju. Kiekvienos dujos praretintos švyti tik joms būdinga spalva. Šviečiantys vamzdeliai naudojami reklamose, gatvių apšvietimui.
Iš dalies arba visai jonizuotos dujos vadinamos plazma. Plazma elektriškai neutrali, nes ją sudarančių teigiamų ir neigiamų krūvių koncentracija vienoda. Saulė, žvaigždės sudarytos iš plazmos. Saulės radiacijos jonizuoti viršutiniai atmosferos sluoksniai - žemos temperatūros plazma - supa žemę. Tai jonosfera.
Elektros šaltinis vakuume
Labiau retintas dujas, švytėjimas silpnės, kol išnyks. Giliame vakuume srovė nutrūksta. Inde molekulių lieka tiek mažai, kad jos juda beveik nesusidurdamos. Srovei reikalinga smūginė jonizacija.
Smarkiai įkaitintas metalas pradeda spinduliuoti elektronus. vadinamas termoelektrine emisija, o atsiradę elektronai - termoelektronais. Išlėkę elektronai kaupiasi prie jo paviršiaus ir sudaro neigiamą tūrinį krūvį - elektronų debesėlį, kuris stabdo elektronų “garavimą”. termoelektronai ir judės kryptingai vakuumu - tekės srovė.
Diodą sudaro stiklinis arba metalinis balionas, iš kurio išsiurbtas oras. Iš dviejų elektrodų - katodo - yra elektronų šaltinis: jis įkaitinamas leidžiant srovę iš nedidelės įtampos. Tarp katodo ir anodo jungiama valdomoji įtampa, vadinama anodo įtampa. Kol katodas šaltas, srovės tarp katodo ir anodo nėra. Bet įjungus katodo kaitinimą atsiranda srovė, nes anodas traukia išspinduliuotus elektronus, o katodas juos stumia.
VOLTAMPERINĖ CHARAKTERISTIKA. Srovei tekant vakuumu, jos stiprumas priklauso nuo įtampos panašiai kaip dujose, kurias veikia jonizatorius. Didinant anodo įtampą srovės stiprumas stiprėja, kiek iš katodo išlekia elektronų, tiek pat patenka į anodą. Toliau didinant įtampą, srovė negali stiprėti - soties srovė. Diodu srovė gali tekėti tik vien kryptimi. Ši savybė naudojama kintamajai srovei lyginti - paversti vienos krypties srove.
TRIODAS (elektroninė lempa) Diodas tik praleidžia arba nepraleidžia srovės, o triodas dar ir valdo srovę - stiprina, silpnina. Būdamas arti katodo, tinklelis savo elektriniu lauku stipriai veikia elektronų debesėlį. Įelektrinus tinklelį katodo katodo atžvilgiu neigiamai, jo elekrinis laukas stabdo elektronų judėjimą link nevėluodama atkartoja anodo grandinės srovė.
ELEKTRONINIS VAMZDIS. Greiti elektronai, atsimušdami į kai kurias medžiagas, sukelia jų švytėjimą - liuminoforai. Kuo daugiau atsimušančių elektronų, tuo daugiau švyti. Principas elektrinius signalus paversti šviesos - spalvos signalu. išsiurbtas oras. Priekinė kolbos sienelė - ekranas, iš vidaus padengta liuminoforu, kuris švyti, veikiamas greitų elektronų. Kolboje įmontuotas elektronų prožektorius, įtaisas , kuris sukuria eelektronų srautą ir jį suglaudžia į siaurą spindulį. Elektronų lėkimo kryptį galima valdyti elektriniu ar magnetiniu lauku. Valdantis elektrinis laukas sudaromas tarp dviejų plokštelių: neigiamos ir teigiamos. Vamzdyje valdymo sistemą sydaro dvi horizontalios ir dvi vertikalios plokštės. Keičia įtampą, todėl jis piešia. švytėjimas neturi inercijos.
Puslaidininkiai
Puslaidininkiai - pusiau pralaidžios elektros srovei medžiagos. nuo priemaišų ir išorinių sąlygų: šviesos, temperatūros, slėgio. Elektrono netekęs atomas judėti kristale negali, tačiau gali prisitraukti gretimo atomo elektroną. Likusią tuščią vietą - skylę, gali užpidyti kito atomo elektronas, palikdamas savo vietoj skylę. perėjo skylė - tai perėjo ir teigiamas krūvis. Elektriniame lauke skylės juda prieš lauko kryptį. Jų lemiamą laidumą vadiname skyliniu laidumu arba p laidumu. Gryname puslaidininke skylės atsiranda kartu - poromis, jų skaičius būna vienodas. Tokio puslaidininkio laidumas, pusiau elektroninis ir pusiau skylinis, vadinamas savuoju laidumu.
Puslaidininkiniai prietaisai, kurių veikimas pagrįstas jų varžos kitimu kintant temperatūrai, vadinami termistoriais arba termorezistoriais. Termistorius sudarytas iš korpuso, puslaidininkinio elemento ir kontaktinių laidų. Paprasta konstrukcija, mažas, svarbiausias automatikos įtaisų elementas. termistoriai matuoja temperatūros skirtumus milijonosios laipsnio dalies tikslumu.
Fotorezistorius. Puslaidininkinio elektronai gali išsilaisvinti ir gavę energijos iš šviesos spindulių. vadinami fotorezistoriais. Fotorezistorių sudaro: skaidri dielektriko plokštė, iš vienos pusės padengta plonu puslaidininkio sluoksniu. Šis sluoksnis skiria srovei laidžius elektrodus. Apšvietus puslaidininkį, jame padaugėja krūvininkų, sumažėja varža ir grandine ima tekėti apie tai signalizuojanti srovė. Jie taiko...
Žemės elektrinis laukas
Elektrinio potencialo pasiskirstymas jonosferoje
Žẽmės elektrnis laũkas, gamtinis elektrinis laukas, susidarantis dėl sudėtingų geofizinių (elektromagnetinių, elektrokinetinių, termoelektrinių, pjezoelektrinių, elektrocheminių) procesų, vykstančių Žemės vidinėse ir išorinėse geosferose. Tarp Žemės paviršiuje, atmosferoje, jonosferoje ir magnetosferoje egzistuojančių kvazistatinių elektrinių laukų nuolat vyksta krūvininkų pernešimas, pvz., krituliai perneša 1,1-1,4 karto daugiau neigiamų krūvininkų nei teigiamų, o elektros iškrovos (žaibuojant) perneša neigiamus krūvininkus nuo Žemės paviršiaus į atmosferą (Žemės paviršius atmosferos atžvilgiu įsielektrinęs neigiamai), todėl Žemės elektrinis laukas nuolat šiek tiek kinta.
Magnetosferos ir jonosferos sąveikoje su Saulės vėju susidaro kintami magnetiniai laukai, kurie Žemės plutos viršutiniuose sluoksniuose indukuoja magnetotelūrinius elektrinius laukus. Jų stipris priklauso nuo viršutinių Žemės plutos sluoksnių savitosios elektrinės varžos, todėl magnetotelūriniai metodai taikomi geofizinėje žvalgyboje kristalinio pamato slūgsojimo gylio ir nuosėdinės dangos elektrinėms savybėms vertinti. Vykstant oksidacijai ir redukcijai sulfidinių rūdų ir jas supančių uolienų ribose, difuzijai ir adsorbcijai - viršutinėje Žemės plutos dalyje, filtracijai - požeminiam vandeniui laidžiose uolienose susidaro uolienų savaiminės poliarizacijos elektriniai laukai.
Elektros srovės atsiradimo sąlygos
Pereiname nuo nejudančių krūvių (elektrostatikos) prie kryptingai judančių krūvininkų - elektros srovės. Elektros srovė yra daugelio mums įprastų prietaisų veikimo pagrindas, nuo paprasčiausios lemputės iki sudėtingų kompiuterių.
Srovės kryptis: Pagal susitarimą, elektros srovės kryptimi laikoma teigiamųjų krūvininkų judėjimo kryptis.
Laisvųjų krūvininkų buvimas: Medžiagoje turi būti dalelių, galinčių laisvai judėti (pvz., metaluose - laisvųjų elektronų).
Elektrinio lauko buvimas: Laidininke turi būti sukurtas elektrinis laukas, kuris veiktų krūvininkus jėga ir priverstų juos kryptingai judėti. Šį lauką paprastai sukuria elektros srovės šaltinis.
Srovės stipris ($I$): Fizikinis dydis, lygus elektros krūviui ($\Delta q$), pratekėjusiam pro laidininko skerspjūvį per laiko vienetą ($\Delta t$). SI vienetas - amperas (A). Amperas yra vienas iš pagrindinių SI vienetų. $1 , \text{A} = 1 , \text{C} / 1 , \text{s}$.
Įtampa ($U$): Fizikinis dydis, apibūdinantis elektrinio lauko darbą ($A$), perkeliant vienetinį teigiamąjį krūvį ($q$) tarp dviejų grandinės taškų. SI vienetas - voltas (V). $1 , \text{V} = 1 , \text{J} / 1 , \text{C}$.
Elektrinė varža ($R$): Fizikinis dydis, apibūdinantis laidininko (ar grandinės dalies) gebėjimą priešintis elektros srovei. SI vienetas - omas (Ω).
Voltamperinė charakteristika: Priklausomybės $I(U)$ (arba $U(I)$) grafikas vadinamas grandinės dalies voltamperine charakteristika (VACh). Laidininkams, kuriems galioja Omo dėsnis (t. y., jų varža $R$ nepriklauso nuo įtampos ar srovės stiprio), VACh yra tiesė, einanti per koordinačių pradžią. Tokie elementai vadinami ominais.
Ominio laidininko voltamperinės charakteristikos grafikas (tiesė)