Co to jest prąd elektryczny?

Kiedy wymawiamy wyrażenie „prąd elektryczny”, zwykle mamy na myśli najbardziej różnorodne przejawy elektryczności. Prąd przepływa przez przewody linii wysokiego napięcia, prąd obraca rozrusznik i ładuje akumulator w naszym samochodzie, błyskawica podczas burzy jest również prąd elektryczny.

Elektroliza, spawanie elektryczne, iskry elektryczności statycznej na grzebieniu, prąd płynie w spiralę żarówki, a nawet w małej kieszonkowej latarce niewielki prąd przepływa przez diodę LED. Nie trzeba dodawać, że nasze serce, które wytwarza również niewielki prąd elektryczny, jest szczególnie zauważalne podczas przejścia procedury EKG.

W fizyce zwyczajowo wywołuje się prąd elektryczny nakazał ruch naładowanych cząstek i, w zasadzie, dowolnych nośników ładunku. Elektron poruszający się po jądrze atomowym jest również prądem. A naładowana różdżka ebonitu, jeśli trzymasz ją w ręce i przesuwasz ją z boku na bok, stanie się również źródłem prądu: ładunek nie jest równy zeru i porusza się.

Fizyczne analogie między przepływem wody w systemie zaopatrzenia w wodę a prądem elektrycznym: Okablowanie i orurowanie

Prąd stały:

Prąd przepływa przez przewody urządzeń gospodarstwa domowego zasilanych z gniazdka ściennego - elektrony poruszają się tam iz powrotem 50 razy na sekundę - nazywa się to prąd przemienny.

Od tego czasu sygnały wysokiej częstotliwości wewnątrz urządzeń elektronicznych są również prądem elektrycznym elektrony i dziury (nośniki ładunku dodatniego) poruszają się w obwodzie.

Każdy prąd elektryczny powoduje jego istnienie. pole magnetyczne. Wokół przewodnika z prądem jest koniecznie obecny. Nie ma pola magnetycznego bez prądu i nie ma prądu bez pola magnetycznego.

Nawet jeśli wokół prądu nie ma pola magnetycznego, oznacza to tylko, że pola magnetyczne dwóch prądów w czasie obserwacji są wzajemnie kompensowane, tak jak w drucie dwużyłowym dowolnego czajnika elektrycznego - prądy przemienne są kierowane w przeciwnych kierunkach w każdym momencie i płyną równolegle do siebie - ich pola magnetyczne są przyjaciel zneutralizować. Nazywa się to zasadą superpozycji pól magnetycznych.

W praktyce istnienie prądu elektrycznego wymaga obecności pola elektrycznego, potencjału lub wiru. Niezwykle rzadko ładunki poruszają się w czysto mechaniczny sposób (np w generatorze van de graaff - zelektryfikowana gumka).

Generator Van De Graaffa:

W polu elektrycznym naładowana cząstka doświadcza działania siły elektrycznej, zwanej źródłem prądu EMF - siła elektromotoryczna. EMF jest mierzony w woltach, podobnie jak napięcie między dwoma punktami obwodu elektrycznego. Im wyższe napięcie przyłożone do odbiornika, tym większy prąd elektryczny może powodować to napięcie.

Napięcie przemienne generuje prąd przemienny w przewodzie, do którego jest przyłożony, ponieważ pole elektryczne przyłożone do nośników ładunku również będzie zmieniać się w tym przypadku. Stałe napięcie - warunek istnienia stałego prądu w przewodniku.

Napięcie o wysokiej częstotliwości (zmieniające kierunek setki tysięcy razy na sekundę) również przyczynia się do prądu przemiennego w przewodnikach, ale im wyższa częstotliwość, tym mniej nośników ładunku bierze udział w wytwarzaniu prądu w grubości przewodnika, ponieważ pole elektryczne działające na naładowane cząstki jest przemieszczane bliżej powierzchni i okazuje się, że że prąd nie płynie w przewodniku, ale wzdłuż jego powierzchni. Nazywa się to efektem skóry.

Prąd elektryczny może istnieć w próżni, w przewodnikach, w elektrolitach, w półprzewodnikach, a nawet w dielektrykach (prąd polaryzacji).To prawda, że ​​dielektryki prądu stałego nie mogą istnieć, ponieważ ładunki w nich nie mają zdolności swobodnego przemieszczania się, ale mogą przemieszczać się tylko w odległości wewnątrzcząsteczkowej od swojej pierwotnej pozycji pod działaniem przyłożonego pola elektrycznego.

Rzeczywisty prąd elektryczny zawsze implikuje możliwość swobodnego przepływu ładunków elektrycznych pod wpływem pola elektrycznego.

Pojęcie „prądu elektrycznego” zostało wprowadzone przez włoskiego fizyka Alessandro Volta. Prąd elektryczny lub, zgodnie ze swoją wersją, „płyn elektryczny” płynął w obwodzie zamkniętym, łącząc skrajne okręgi kolumny woltaicznej z metalowym przewodnikiem.

Votlt Pillar (1800) był pierwszym nieelektrostatycznym rodzajem energii elektrycznej (źródło stałego prądu), który składał się z naprzemiennych kręgów miedzi i cynku oddzielonych tkaninowymi podszewkami zwilżonymi zakwaszoną wodą lub kwasem.

Istnienie stałego wysokiego potencjału na biegunie woltowym było w tym czasie zupełnie nowym zjawiskiem. Było to pierwsze chemiczne źródło energii elektrycznej, którego potencjał był stały w czasie i nie wymagał żadnych metod elektryfikacji w celu jego odnowienia.

Biegun voltaiczny, złożony z dużej liczby kół, miał na końcach dość wysoki potencjał, który można było wykryć nie tylko za pomocą przyrządów pomiarowych (w szczególności za pomocą elektroskopu), ale także dotykając skrajnych kół rękami. W tym samym czasie odczuł silny wstrząs elektryczny, jak z puszki Leydena.

Odkrycie Volty rozprzestrzeniło się bardzo szybko w fizyce, stało się przedmiotem dalszych badań. W 1800 r. Fizycy wykorzystujący kolumnę voltaic odkryli elektrochemiczny wpływ prądu, aw szczególności jego rozkład pod wpływem prądu wody na tlen i wodór. Doświadczenia z ogniwami galwanicznymi pozwoliły na wykrycie, oprócz chemicznej, innych nowych właściwości prądu, w tym jego efektów termicznych i magnetycznych.

Francuski fizyk A. M. Ampère poświęcił wiele swoich prac badaniom związku między prądem elektrycznym a magnetyzmem. Odkrył, że dwa przewodniki z prądem doświadczają wzajemnego wpływu - przyciągania lub odpychania, w zależności od kierunku w nich prądów. Swoimi dziełami położył podwaliny elektrodynamiki.

Zaproponował termin „prąd elektryczny” i wprowadził koncepcję jego kierunku zbieżnego z ruchem dodatniej elektryczności. Na cześć A. M. Ampere nazwana jest jednostka miary prądu elektrycznego. Ampere jest jedną z siedmiu podstawowych jednostek układu SI.

Prąd elektryczny ma wiele właściwości, które można skutecznie wykorzystać w wielu praktycznych przypadkach. Takie właściwości obejmują przekształcenie za pomocą prostych technicznych środków energii prądu elektrycznego w energię innych rodzajów (termiczną, świetlną, mechaniczną, chemiczną) oraz możliwość przesyłania jej na duże odległości, prędkość propagacji.

Ciekawe fakty:

Gdzie płynie prąd elektryczny?

Dlaczego pod liniami energetycznymi

Który prąd jest bardziej niebezpieczny, bezpośredni lub przemienny?

Co to jest maszyna z dynamem. Pierwsze generatory prądu stałego

Efekt Peltiera: magiczny efekt prądu elektrycznego