É impossível imaginar a vida de uma pessoa moderna sem eletricidade. Volts, Amperes, Watts - essas palavras soam em uma conversa sobre dispositivos que funcionam com eletricidade. Mas o que é essa corrente elétrica e quais são as condições para sua existência? Falaremos mais sobre isso, fornecendo uma breve explicação para eletricistas iniciantes.
Contente:
- Definição
- Condições para a existência de corrente elétrica
- Corrente elétrica em diferentes ambientes
- Em metais
- Em semicondutores
- No vácuo e gás
- Em liquido
- Conclusão
Definição
A corrente elétrica é o movimento direcional dos portadores de carga - esta é uma formulação padrão de um livro de física. Por sua vez, certas partículas de uma substância são chamadas de portadores de carga. Eles podem ser:
- Os elétrons são portadores de carga negativa.
- Os íons são portadores de carga positiva.
Mas de onde vêm as operadoras de cobrança? Para responder a essa pergunta, você precisa se lembrar dos conhecimentos básicos sobre a estrutura da matéria. Tudo o que nos rodeia é matéria, consiste em moléculas, suas menores partículas. As moléculas são feitas de átomos. Um átomo consiste em um núcleo em torno do qual os elétrons se movem em determinadas órbitas. As moléculas também se movem caoticamente. O movimento e a estrutura de cada uma dessas partículas dependem da própria substância e da influência do ambiente sobre ela, por exemplo, temperatura, estresse e assim por diante.
Um íon é chamado de átomo no qual a proporção de elétrons e prótons mudou. Se o átomo for inicialmente neutro, os íons, por sua vez, são divididos em:
- Os ânions são íons positivos de um átomo que perdeu elétrons.
- Os cátions são um átomo com elétrons "extras" ligados ao átomo.
A unidade de medição da corrente é Ampere, de acordo com Lei de ohm é calculado pela fórmula:
I = U / R,
onde U é a tensão, [V] e R é a resistência, [Ohm].
Ou é diretamente proporcional à quantidade de carga transferida por unidade de tempo:
I = Q / t,
onde Q - carga, [Cl], t - tempo, [s].
Condições para a existência de corrente elétrica
Descobrimos o que é corrente elétrica, agora vamos falar sobre como garantir seu fluxo. Para o fluxo de corrente elétrica, duas condições devem ser atendidas:
- A presença de operadoras gratuitas.
- Campo elétrico.
A primeira condição para a existência e o fluxo da eletricidade depende da substância em que a corrente flui (ou não flui), bem como do seu estado. A segunda condição também é viável: para a existência de um campo elétrico é necessária a presença de diferentes potenciais, entre os quais haja um meio no qual fluirão portadores de carga.
Vamos lembrar: Tensão, EMF é a diferença de potencial. Conclui-se que, para preencher as condições para a existência de uma corrente - a presença de um campo elétrico e uma corrente elétrica, é necessária voltagem. Podem ser placas de um capacitor carregado, uma célula galvânica, um EMF gerado por um campo magnético (gerador).
Como isso surge, nós descobrimos, vamos falar sobre para onde está direcionado. A corrente, principalmente em nosso uso habitual, move-se nos condutores (fiação elétrica do apartamento, lâmpadas incandescente) ou em semicondutores (LEDs, o processador do smartphone e outros eletrônicos), com menos frequência em gases (lâmpadas fluorescentes).
Assim, os principais portadores de carga na maioria dos casos são os elétrons, eles se movem dos menos (pontos com um potencial negativo) para mais (um ponto com potencial positivo, você aprenderá mais sobre isso abaixo).
Mas um fato interessante é que a direção do movimento atual foi tomada como o movimento de cargas positivas - de mais para menos. Embora, na verdade, tudo aconteça ao contrário. O fato é que a decisão sobre a direção da corrente foi tomada antes de estudar sua natureza, e também antes de ser determinada em função do que a corrente flui e existe.
Corrente elétrica em diferentes ambientes
Já mencionamos que em diferentes ambientes a corrente elétrica pode diferir no tipo de portadores de carga. A mídia pode ser dividida de acordo com a natureza da condutividade (em condutividade decrescente):
- Condutor (metais).
- Semicondutor (silício, germânio, arseneto de gálio, etc.).
- Dielétrico (vácuo, ar, água destilada).
Em metais
Nos metais, existem portadores de carga gratuita, às vezes chamados de "gás elétrico". De onde vêm as operadoras de cobrança gratuita? O fato é que um metal, como qualquer substância, consiste em átomos. Os átomos se movem ou oscilam de uma forma ou de outra. Quanto mais alta a temperatura do metal, mais forte é o movimento. Ao mesmo tempo, os próprios átomos geralmente permanecem em seus lugares, de fato, formando a estrutura do metal.
Nas camadas de elétrons de um átomo, geralmente existem vários elétrons, que têm uma ligação bastante fraca com o núcleo. Sob a influência das temperaturas, das reações químicas e da interação das impurezas, que em todo caso estão no metal, os elétrons se desprendem de seus átomos, formam-se íons carregados positivamente. Os elétrons separados são chamados de livres e movem-se caoticamente.
Se eles forem afetados por um campo elétrico, por exemplo, se você conectar uma bateria a um pedaço de metal, o movimento caótico dos elétrons se tornará ordenado. Os elétrons do ponto ao qual o potencial negativo está conectado (o cátodo de uma célula galvânica, por exemplo) começarão a se mover para o ponto com o potencial positivo.
Em semicondutores
Semicondutores são materiais nos quais não há portadores de carga gratuita no estado normal. Eles estão na chamada zona proibida. Mas se você aplicar forças externas, como um campo elétrico, calor, várias radiações (luz, radiação, etc.), eles superam a zona proibida e vão para uma zona livre ou uma zona condutividade. Os elétrons se desprendem de seus átomos e se tornam livres, formando íons - portadores de carga positiva.
Portadores positivos em semicondutores são chamados de buracos.
Se você simplesmente transferir energia para um semicondutor, por exemplo, aquecê-lo, o movimento caótico dos portadores de carga começará. Mas se estamos falando sobre elementos semicondutores, como um diodo ou transistor, então, nas extremidades opostas do cristal (uma camada metalizada é aplicada a eles e os condutores são soldados) EMF ocorrerá, mas isso não se aplica ao tópico de hoje artigos.
Se você aplicar uma fonte EMF a um semicondutor, os portadores de carga também entrarão na banda de condução e também começarão seu movimento direcional - os buracos irão para o lado com um potencial elétrico mais baixo, e os elétrons - para o lado com excelente.
No vácuo e gás
Um vácuo é chamado de meio com uma ausência completa (caso ideal) de gases ou sua quantidade minimizada (na realidade). Uma vez que não há nenhuma substância no vácuo, não há de onde virem os portadores de carga. No entanto, o fluxo de corrente no vácuo marcou o início da eletrônica e de toda uma era de elementos eletrônicos - tubos de vácuo. Eles foram usados na primeira metade do século passado e na década de 50 começaram a gradualmente dar lugar aos transistores (dependendo do campo específico da eletrônica).
Vamos supor que temos um navio do qual todo o gás foi bombeado, ou seja, há um vácuo completo nele. Dois eletrodos são colocados no vaso, vamos chamá-los de ânodo e cátodo. Se conectarmos o potencial negativo da fonte EMF ao cátodo e o positivo ao ânodo, nada acontecerá e a corrente não fluirá. Mas se começarmos a aquecer o cátodo, a corrente começará a fluir. Esse processo é chamado de emissão termiônica - a emissão de elétrons da superfície aquecida de um elétron.
A figura mostra o processo de fluxo de corrente em uma lâmpada a vácuo. Em tubos de vácuo, o cátodo é aquecido por um filamento próximo na fig (H), como em uma lâmpada de iluminação.
Neste caso, se você mudar a polaridade da fonte de alimentação - aplique menos ao ânodo e aplique mais ao cátodo - a corrente não fluirá. Isso vai provar que a corrente no vácuo flui devido ao movimento dos elétrons do CATODO para o ANODO.
O gás, como qualquer substância, consiste em moléculas e átomos, o que significa que se o gás estiver sob a influência de um campo elétrico, então Com uma certa força (voltagem de ionização), os elétrons se desprenderão do átomo, então ambas as condições para o fluxo de corrente elétrica - o campo e mídia gratuita.
Como já mencionado, esse processo é denominado ionização. Pode ocorrer não só a partir da voltagem aplicada, mas também quando o gás é aquecido, raios X, sob a influência da radiação ultravioleta e outras coisas.
A corrente fluirá pelo ar mesmo se houver um queimador instalado entre os eletrodos.
O fluxo de corrente em gases inertes é acompanhado pela luminescência gasosa, fenômeno este ativamente utilizado em lâmpadas fluorescentes. O fluxo de uma corrente elétrica em um meio gasoso é chamado de descarga de gás.
Em liquido
Digamos que temos um vaso com água no qual são colocados dois eletrodos, ao qual é conectada uma fonte de alimentação. Se a água é destilada, ou seja, pura e não contém impurezas, então é um dielétrico. Mas se adicionarmos um pouco de sal, ácido sulfúrico ou qualquer outra substância à água, um eletrólito é formado e uma corrente começa a fluir por ele.
Um eletrólito é uma substância que conduz uma corrente elétrica devido à dissociação em íons.
Se você adicionar sulfato de cobre à água, uma camada de cobre se estabelecerá em um dos eletrodos (cátodo) - isso é chamado de eletrólise, que prova que a corrente elétrica em um líquido é realizada devido ao movimento de íons - portadores positivos e negativos cobrar.
A eletrólise é um processo físico-químico, que consiste na liberação dos componentes que compõem o eletrólito dos eletrodos.
Assim, ocorre o chapeamento de cobre, douramento e revestimento com outros metais.
Conclusão
Para resumir, portadores de carga gratuita são necessários para o fluxo de corrente elétrica:
- elétrons em condutores (metais) e vácuo;
- elétrons e lacunas em semicondutores;
- íons (ânions e cátions) em líquidos e gases.
Para que o movimento dessas transportadoras seja ordenado, é necessário um campo elétrico. Em palavras simples, aplique uma tensão nas extremidades do corpo ou instale dois eletrodos em um ambiente onde uma corrente elétrica deve fluir.
Vale ressaltar também que a corrente afeta a substância de uma certa forma, existem três tipos de exposição:
- térmico;
- químico;
- fisica.
Por fim, recomendamos assistir a um vídeo útil, que discute com mais detalhes as condições de existência e fluxo da corrente elétrica:
Útil no tópico:
- A dependência da resistência do condutor na temperatura
- Lei Joule-Lenz em palavras simples
- Qual corrente elétrica é mais perigosa para uma pessoa: direta ou alternada
