Apakah pergerakan terarah zarah bercas? Bagi kebanyakan orang, ini adalah kawasan yang tidak dapat difahami, tetapi sebenarnya semuanya sangat mudah. Jadi, apabila mereka bercakap tentang pergerakan terarah zarah bercas, mereka bermaksud semasa. Mari kita lihat ciri-ciri utama dan formulasinya, serta pertimbangkan isu keselamatan semasa bekerja dengannya.
Maklumat am
Mulakan dengan definisi. Dengan arus elektrik sentiasa bermaksud pergerakan zarah bercas yang diperintahkan (diarahkan), yang dijalankan di bawah pengaruh medan elektrik. Apakah jenis objek yang boleh dipertimbangkan dalam kes ini? Zarah bermaksud elektron, ion, proton, lubang. Ia juga penting untuk mengetahui apakah kekuatan semasa. Ini ialah bilangan zarah bercas yang mengalir melalui keratan rentas konduktor bagi setiap unit masa.
Sifat fenomena
Semua bahan fizikal terdiri daripada molekul yang terbentuk daripada atom. Mereka juga bukan bahan akhir, kerana mereka mempunyai unsur (nukleus dan elektron yang berputar di sekelilingnya). Semua tindak balas kimia disertai dengan pergerakan zarah. Sebagai contoh, dengan penyertaan elektron, sesetengah atom akan mengalami kekurangannya, manakala yang lain akan mengalami lebihan. Dalam kes ini, bahan-bahan mempunyai cas yang bertentangan. Jika sentuhan mereka berlaku, maka elektron dari satu akan cenderung pergi ke yang lain.
Sifat fizikal zarah asas yang sedemikian menerangkan intipati arus elektrik. Pergerakan arah zarah bercas ini akan berterusan sehingga nilainya menyamai. Dalam kes ini, tindak balas perubahan adalah rantai. Dalam erti kata lain, bukannya elektron yang pergi, satu lagi datang menggantikannya. Zarah atom jiran digunakan untuk penggantian. Tetapi rantai itu tidak berakhir di sana juga. Elektron juga boleh datang ke atom ekstrem, contohnya, dari kutub negatif punca arus yang mengalir.
Contoh situasi sedemikian ialah bateri. Dari sisi negatif konduktor, elektron bergerak ke kutub positif sumber. Apabila semua zarah dalam komponen yang dijangkiti negatif kehabisan, arus berhenti. Dalam kes ini, bateri dikatakan mati. Berapakah kelajuan pergerakan terarah zarah bercas yang bergerak dengan cara ini? Menjawab soalan ini tidak semudah yang disangka pada pandangan pertama.
Peranan tekanan
Konsep ini digunakan untuk apa? Voltan adalah ciri medan elektrik, iaitu perbezaan potensi antara dua titik yang berada di dalamnya. Bagi ramai, ini mungkin kelihatan mengelirukan. Apabila bercakap tentang pergerakan zarah bercas yang diarahkan (teratur), maka anda perlu memahami voltan.
Mari bayangkan kita mempunyai konduktor mudah. Ini mungkin wayar yang diperbuat daripada logam, seperti tembaga atau aluminium. Dalam kes kami, ini tidak begitu penting. Jisim elektron ialah 9.10938215(45)×10-31kg. Ini bermakna ia agak material. Tetapi logam konduktor adalah pepejal. Jadi, bagaimanakah elektron boleh mengalir melaluinya?
Mengapa terdapat arus dalam produk logam
Mari beralih kepada asas kimia, yang setiap daripada kita berpeluang belajar di sekolah. Jika bilangan elektron dalam bahan itu sama dengan bilangan proton, maka neutraliti unsur itu dipastikan. Berdasarkan undang-undang berkala Mendeleev, ia ditentukan bahan mana yang perlu ditangani. Ia bergantung kepada bilangan proton dan neutron. Adalah mustahil untuk mengabaikan perbezaan besar antara jisim nukleus dan elektron. Jika ia dikeluarkan, maka berat atom akan kekal hampir tidak berubah.
Sebagai contoh, jisim proton adalah lebih kurang 1836 lebih besar daripada nilai elektron. Tetapi zarah mikroskopik ini sangat penting, kerana ia boleh meninggalkan beberapa atom dengan mudah dan bergabung dengan yang lain. Pada masa yang sama, penurunan atau peningkatan bilangan mereka membawa kepadauntuk menukar cas atom. Jika kita menganggap satu atom, maka bilangan elektronnya akan sentiasa berubah-ubah. Mereka sentiasa pergi dan kembali. Ini disebabkan oleh pergerakan haba dan kehilangan tenaga.
Kekhususan kimia bagi fenomena fizikal
Apabila terdapat pergerakan terarah zarah bercas elektrik, bukankah jisim atom hilang? Adakah komposisi konduktor berubah? Ini adalah salah tanggapan yang sangat penting yang mengelirukan ramai. Jawapan dalam kes ini hanya negatif. Ini disebabkan oleh fakta bahawa unsur kimia tidak ditentukan oleh jisim atomnya, tetapi oleh bilangan proton yang berada dalam nukleus. Kehadiran atau ketiadaan elektron/neutron tidak memainkan peranan dalam kes ini. Dalam amalan, ia kelihatan seperti ini:
- Tambah atau tolak elektron. Ternyata ion.
- Tambah atau tolak neutron. Ia ternyata isotop.
Unsur kimia tidak berubah. Tetapi dengan proton, keadaannya berbeza. Jika ia hanya satu, maka kita mempunyai hidrogen. Dua proton - dan kita bercakap tentang helium. Tiga zarah adalah litium. Dan lain-lain. Mereka yang berminat untuk sambungan boleh melihat jadual berkala. Ingat: walaupun arus dialirkan melalui konduktor seribu kali, komposisi kimianya tidak akan berubah. Tetapi mungkin sebaliknya.
Elektrolit dan mata menarik lain
Keanehan elektrolit ialah komposisi kimianya yang berubah. Kemudian, di bawah pengaruh arus,unsur elektrolit. Apabila potensi mereka habis, pergerakan terarah zarah bercas akan berhenti. Keadaan ini disebabkan oleh fakta bahawa pembawa cas dalam elektrolit adalah ion.
Selain itu, terdapat unsur kimia tanpa elektron sama sekali. Contohnya ialah:
- Hidrogen kosmik atom.
- Semua bahan yang berada dalam keadaan plasma.
- Gas di atmosfera atas (bukan sahaja Bumi, tetapi juga planet lain yang terdapat jisim udara).
- Kandungan pemecut dan pelanggar.
Perlu diingatkan juga bahawa di bawah pengaruh arus elektrik, sesetengah bahan kimia boleh hancur. Contoh yang terkenal ialah fius. Apakah rupanya pada tahap mikro? Elektron yang bergerak menolak atom dalam laluannya. Jika arus sangat kuat, maka kekisi kristal konduktor tidak dapat bertahan dan musnah, dan bahan tersebut cair.
Kembali ke kelajuan
Terdahulu, perkara ini disentuh secara dangkal. Sekarang mari kita lihat dengan lebih dekat. Perlu diingatkan bahawa konsep kelajuan pergerakan terarah zarah bercas dalam bentuk arus elektrik tidak wujud. Ini disebabkan oleh fakta bahawa nilai yang berbeza saling berkaitan. Jadi, medan elektrik merambat melalui konduktor pada kelajuan yang hampir dengan pergerakan cahaya, iaitu kira-kira 300,000 kilometer sesaat.
Di bawah pengaruhnya, semua elektron mula bergerak. Tetapi kelajuan merekasangat kecil. Ia adalah lebih kurang 0.007 milimeter sesaat. Pada masa yang sama, mereka juga secara rawak tergesa-gesa dalam gerakan terma. Dalam kes proton dan neutron, keadaannya berbeza. Mereka terlalu besar untuk kejadian yang sama berlaku kepada mereka. Sebagai peraturan, ia tidak perlu bercakap tentang kelajuan mereka hampir dengan nilai cahaya.
Parameter fizikal
Sekarang mari kita lihat apakah pergerakan zarah bercas dalam medan elektrik dari sudut fizikal. Untuk melakukan ini, mari kita bayangkan bahawa kita mempunyai kotak kadbod yang memuatkan 12 botol minuman berkarbonat. Pada masa yang sama, terdapat percubaan untuk meletakkan bekas lain di sana. Mari kita anggap ia berjaya. Tetapi kotak itu hampir tidak terselamat. Apabila anda cuba memasukkan botol lain, ia akan pecah dan semua bekas itu jatuh.
Kotak yang dimaksudkan boleh dibandingkan dengan keratan rentas konduktor. Semakin tinggi parameter ini (wayar tebal), semakin banyak arus yang dapat diberikannya. Ini menentukan isipadu yang boleh dimiliki oleh pergerakan terarah zarah bercas. Dalam kes kami, kotak yang mengandungi satu hingga dua belas botol boleh dengan mudah memenuhi tujuan yang dimaksudkan (ia tidak akan pecah). Sebagai analogi, kita boleh mengatakan bahawa konduktor tidak akan terbakar.
Jika anda melebihi nilai yang ditunjukkan, objek akan gagal. Dalam kes konduktor, rintangan akan dimainkan. Hukum Ohm menerangkan pergerakan terarah zarah bercas elektrik dengan sangat baik.
Hubungan antara parameter fizikal yang berbeza
Sekotakdaripada contoh kami, anda boleh meletakkan satu lagi. Dalam kes ini, bukan 12, tetapi sebanyak 24 botol boleh diletakkan seunit luas. Kami menambah satu lagi - dan terdapat tiga puluh enam daripadanya. Salah satu kotak boleh dianggap sebagai unit fizikal, sama dengan voltan.
Semakin luasnya (dengan itu mengurangkan rintangan), lebih banyak botol (yang dalam contoh kami menggantikan arus) boleh diletakkan. Dengan menambah timbunan kotak, anda boleh meletakkan bekas tambahan setiap unit luas. Dalam kes ini, kuasa meningkat. Ini tidak memusnahkan kotak (konduktor). Berikut ialah ringkasan analogi ini:
- Jumlah bilangan botol meningkatkan kuasa.
- Bilangan bekas dalam kotak menunjukkan kekuatan semasa.
- Bilangan tinggi kotak membolehkan anda menilai voltan.
- Lebar kotak memberikan gambaran tentang rintangan.
Bahaya berkemungkinan
Kami telah membincangkan bahawa pergerakan terarah zarah bercas dipanggil arus. Perlu diingatkan bahawa fenomena ini boleh membahayakan kesihatan manusia dan juga kehidupan. Berikut ialah ringkasan sifat arus elektrik:
- Menyediakan pemanasan konduktor yang melaluinya ia mengalir. Jika rangkaian elektrik isi rumah terlebih beban, maka penebat akan beransur-ansur hangus dan runtuh. Akibatnya, terdapat kemungkinan litar pintas, yang sangat berbahaya.
- Arus elektrik, apabila ia mengalir melalui perkakas rumah dan wayar, bertemurintangan unsur pembentuk bahan. Oleh itu, ia memilih laluan yang mempunyai nilai minimum untuk parameter ini.
- Jika berlaku litar pintas, kekuatan arus meningkat dengan mendadak. Ini membebaskan sejumlah besar haba. Ia boleh mencairkan logam.
- Litar pintas mungkin berlaku disebabkan oleh kemasukan lembapan. Dalam kes yang dibincangkan sebelum ini, objek berdekatan menyala, tetapi dalam kes ini, orang ramai sentiasa menderita.
- Renjatan elektrik membawa bahaya yang ketara. Ia berkemungkinan besar malah membawa maut. Apabila arus elektrik mengalir melalui tubuh manusia, rintangan tisu sangat berkurangan. Mereka mula menjadi panas. Dalam kes ini, sel-sel dimusnahkan dan hujung saraf mati.
Isu Keselamatan
Untuk mengelakkan pendedahan kepada arus elektrik, anda mesti menggunakan peralatan pelindung khas. Kerja hendaklah dilakukan dalam sarung tangan getah menggunakan tikar daripada bahan yang sama, rod pelepasan, serta peranti pembumian untuk tempat kerja dan peralatan.
Suis litar dengan pelbagai perlindungan telah terbukti bagus sebagai peranti yang boleh menyelamatkan nyawa seseorang.
Selain itu, seseorang tidak seharusnya melupakan langkah berjaga-jaga keselamatan asas semasa bekerja. Jika kebakaran berlaku melibatkan peralatan elektrik, hanya alat pemadam api karbon dioksida dan serbuk boleh digunakan. Yang terakhir menunjukkan hasil terbaik dalam memerangi kebakaran, tetapi peralatan yang diselaputi habuk tidak boleh sentiasa dipulihkan.
Kesimpulan
Menggunakan contoh yang boleh difahami oleh setiap pembaca, kami mendapati bahawa pergerakan terarah zarah bercas dipanggil arus elektrik. Ini adalah fenomena yang sangat menarik, penting dari kedudukan kedua-dua fizik dan kimia. Arus elektrik adalah pembantu yang tidak mengenal penat lelah kepada manusia. Walau bagaimanapun, ia mesti dikendalikan dengan berhati-hati. Artikel itu membincangkan isu keselamatan yang perlu diberi perhatian jika tiada keinginan untuk mati.
