ทิศทางและความแรงของกระแสไฟฟ้า กระแสไฟตรง

ค้นหาข้อความแบบเต็ม:

หน้าแรก > บทคัดย่อ >ฟิสิกส์

บรรยาย #12

ความยาวเป็นค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน

ซึ่งส่งผลให้เกิดการสูญเสียกระแส และขอบเขตที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่าความต้านทานของวัสดุ มีหลายปัจจัยที่อาจส่งผลต่อระดับแนวต้าน ความยาวเป็นหนึ่งในเงื่อนไขหลายประการที่ส่งผลต่อการนำไฟฟ้าและสภาพต้านทานของวัสดุ ยิ่ง ไฟฟ้าต้องผ่านสารตัวหนึ่งยิ่งมีความต้านทานของสารนั้นมากขึ้น กล่าวโดยย่อ ยิ่งความยาวของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนานเท่าใด อิเล็กตรอนก็จะยิ่งกระเด้งออกจากเส้นทางที่ตั้งใจไว้มากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะช่วยลดเศษส่วน ค่าไฟฟ้า.

หัวข้อ: "ไฟฟ้า".

วัตถุประสงค์ของการบรรยาย:

แผนการบรรยาย

1. แนวคิดของการนำกระแส เวกเตอร์ปัจจุบันและความแรงของกระแส

2. รูปแบบความแตกต่างของกฎของโอห์ม

3. สม่ำเสมอและ การเชื่อมต่อแบบขนานตัวนำ

4. เหตุผลในการปรากฏตัว สนามไฟฟ้าในตัวนำทางกายภาพ
ความหมายของแนวคิดของกองกำลังภายนอก

ความกว้างเป็นตัวประกอบความต้านทาน

ความกว้างของหน้าตัดของวัสดุที่กระแสไหลผ่านยังส่งผลต่อสภาพต้านทานและการนำไฟฟ้าของวัสดุนำไฟฟ้าด้วย ยิ่งหน้าตัดกว้างเท่าใด ความต้านทานของตัวนำยิ่งต่ำลงเท่านั้น การเปรียบเทียบที่ดีสำหรับปัจจัยด้านความยาวและความกว้างน่าจะเป็นลานโบว์ลิ่ง ยิ่งทางยาวเท่าไร ลูกบอลก็จะกระเด้งในรางน้ำมากขึ้น แต่ยิ่งแถบกว้างขึ้น ลูกบอลก็จะตีเป้าหมายโดยไม่กระทบรางน้ำมากขึ้นเท่านั้น

เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อเข้าใกล้จุดสิ้นสุดของแม่เหล็กหนึ่งไปยังอีกแม่เหล็กหนึ่ง ปลายเหล่านี้จะถูกดึงดูดเป็นครั้งคราว ในขณะที่ส่วนอื่นๆ จะถูกผลักออก นี่เป็นผลมาจากการมีอยู่ของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กแต่ละตัวซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เส้นเหล่านี้ถูกปิด ดังนั้นจึงมีอยู่ทั้งที่ปลายแม่เหล็กและด้านใน เมื่อเส้นแรงแม่เหล็กที่อยู่ภายในแม่เหล็กทำปฏิกิริยากับความต่อเนื่องของพื้นผิวหรือใต้ผิวดิน มันจะถูกบังคับให้ออกจากภายในที่เกิดขึ้นที่พื้นผิวที่ความไม่ต่อเนื่องเป็นการรั่วไหลของแม่เหล็ก

5. ที่มาของกฎของโอห์มสำหรับวงจรทั้งหมด

6. กฎข้อที่หนึ่งและสองของ Kirchhoff

7. ติดต่อความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก

8. กระแสไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมต่างๆ

9. กระแสในของเหลว อิเล็กโทรไลซิส กฎของฟาราเดย์

1. แนวคิดของการนำกระแส เวกเตอร์ปัจจุบันและความแรงของกระแส

ไฟฟ้าช็อต เรียกว่าการเคลื่อนที่อย่างเป็นระเบียบของประจุไฟฟ้า ตัวพาปัจจุบันอาจเป็นอิเล็กตรอน ไอออน อนุภาคที่มีประจุ

การรั่วไหลของแม่เหล็กดังกล่าวอาจเกิดจากการมีแม่เหล็กใหม่พร้อมเสาใหม่สองขั้ว ดังนั้นหากตะไบเหล็กจะเก็บฝุ่นในบริเวณที่มีการรั่วไหลของแม่เหล็ก พวกมันจะถูกยึดไว้เหนือช่องว่าง ก่อให้เกิดข้อบ่งชี้ หาก "หินแม่เหล็ก" ซึ่งใช้ชื่อเรียกอย่างหยาบคายนี้ สัมผัสกับชิ้นส่วนของเหล็กรสหวาน มันก็จะสร้างสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ก้อนนั้นขึ้นมาเช่นกัน กล่าวกันว่าเหล็กได้กลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราวโดยอิทธิพล หากแม่เหล็กกับเหล็กสัมผัสกัน แม่เหล็กจะยังคงมีคุณสมบัติแม่เหล็กหลังจากแยกออกจากตัวเดิม

หากมีการสร้างสนามไฟฟ้าในตัวนำ ประจุไฟฟ้าฟรีในนั้นจะเริ่มเคลื่อนที่ - กระแสที่เกิดขึ้นเรียกว่า การนำกระแสหากร่างกายที่มีประจุเคลื่อนไปในอวกาศแล้ว หมุนเวียน เรียกว่าการพาความร้อน.

กระแสไหลเข้าได้ ของแข็ง(โลหะ) ของเหลว (อิเล็กโทรไลต์) และก๊าซ (การปล่อยก๊าซเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุทั้งประจุบวกและประจุลบ)

เขากลายเป็นแม่เหล็กถาวรโดยอิทธิพล คุณสมบัติเดียวกันกับที่เหล็กหวานได้รับเมื่อสัมผัสกับแมกนีไทต์โดยวางไว้ในโซลินอยด์ที่ปกคลุมไปด้วยกระแสไฟ ดังนั้น หากสอดแท่งเหล็กหล่อเข้าไปในขดลวดหรือโซลินอยด์ที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน แท่งเหล็กจะกลายเป็นแม่เหล็กตราบใดที่กระแสไหลผ่าน แต่ทันทีที่มันหยุดไหล เหล็กจะสูญเสียสมบัติทางแม่เหล็ก . ชุดของแท่งและขดลวดเหล็กหวานเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า

วิธีการทดสอบนี้ใช้หลักการที่ว่าเส้นแรงที่มีอยู่ในวัตถุที่เป็นแม่เหล็กจะบิดเบี้ยวเฉพาะที่เนื่องจากการมีอยู่ของความไม่ต่อเนื่อง การบิดเบือนนี้ทำให้เส้นสนามแม่เหล็กบางเส้นหลุดออกและกลับเข้าไปในวัตถุทดสอบที่มีความไม่ต่อเนื่องอยู่ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "การรั่วไหลของฟลักซ์" การรั่วไหลของกระแสนี้สามารถดึงดูดอนุภาคของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกที่แบ่งอย่างประณีต ซึ่งก่อให้เกิดเส้นด้านนอกหรือบ่งชี้การแตก มีวิธีการทดสอบอีกวิธีหนึ่งที่ใช้หลักการของฟลักซ์แม่เหล็กที่เรียกว่า "วิธีการรั่วไหลของฟลักซ์"

ผู้ให้บริการปัจจุบันคือ:

ในโลหะ การเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอน

ในของเหลว - ไอออน;

ในก๊าซ อิเล็กตรอน และไอออน

สำหรับทิศทางของกระแส เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุบวก

สำหรับการเกิดขึ้นและการมีอยู่ของกระแส มีความจำเป็น:

การปรากฏตัวของอนุภาคที่มีประจุฟรี

จากมุมมองทางทฤษฎี มีเพียงความแตกต่างเดียวระหว่างการทดสอบการรั่วและการทดสอบอนุภาคแม่เหล็ก นั่นคือ การใช้อนุภาคเหล็กเป็นเซ็นเซอร์ ในการทดสอบการรั่วไหลของกระแส อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ส่วนประกอบฮอลล์ ไดโอดแม่เหล็ก เซ็นเซอร์คอยล์ ฯลฯ จะถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์ สถานการณ์ในอุดมคติที่สามารถทำได้ด้วยการทดสอบอนุภาคแม่เหล็กคือสถานการณ์ที่ให้ความไวสูงสุดสำหรับความไม่ต่อเนื่องที่เล็กที่สุด

ทำได้โดยการผสมผสานด้านต่างๆ อย่างเหมาะสม เช่น ความแข็งแรงของวัสดุที่ใช้ สนามแม่เหล็ก, ความหนาแน่นของฟลักซ์ในวัตถุทดสอบ, ขนาดของอนุภาคแม่เหล็กและวิธีการใช้งาน และสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสังเกตด้วยตาเปล่า ซึ่งจะศึกษาในคู่มือนี้ 2. แม่เหล็กหรือโดเมนเหล่านี้เป็นแบบสุ่ม กระจายแบบสุ่ม มักจะขนานกัน กับแกนผลึกของวัสดุ เพื่อให้ผลลัพธ์ที่เป็นแม่เหล็กทั้งหมดเป็นศูนย์ วัสดุที่สามารถถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้เมื่อวางไว้ใกล้แม่เหล็กหรือกระแสไฟฟ้าจะปรับทิศทางโดเมนแม่เหล็กของวัสดุนั้น ซึ่งบ่งชี้ว่ามีแม่เหล็กสมบูรณ์อยู่

การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้าในตัวนำ

ลักษณะสำคัญของกระแสคือ ความแข็งแกร่งในปัจจุบัน ซึ่งเท่ากับปริมาณประจุที่ผ่านไปใน 1 วินาทีผ่านหน้าตัดของตัวนำ

โดยที่ q คือจำนวนเงินที่เรียกเก็บ

t คือระยะเวลาในการขนส่ง

การวางแนวของโดเมนแม่เหล็ก กระบวนการที่บริเวณ submicroscopic ของวัสดุถูกจัดเรียงอย่างเด่นชัดในทิศทางเดียวเรียกว่าการทำให้เป็นแม่เหล็ก เมื่อโดเมนทั้งหมดอยู่ในแนวเดียวกัน วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกก็กลายเป็นแม่เหล็กที่มีขั้วเหนือและขั้วใต้ เมื่อโดเมนทั้งหมดอยู่ในแนวเดียวกัน วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกจะพัฒนาแรงทั้งหมดเท่ากับผลรวมของโดเมนทั้งหมด เส้นแรงมีทิศทางที่แน่นอน พวกมันออกไปที่ขั้วโลกเหนือ เข้าสู่ขั้วใต้ และผ่านแม่เหล็กจากขั้วใต้ไปยังขั้วเหนือต่อไป

ความแรงปัจจุบันเป็นค่าสเกลาร์

กระแสที่แรงและทิศทางไม่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาเรียกว่า ถาวร , มิฉะนั้น - ตัวแปร .

กระแสไฟฟ้าบนพื้นผิวของตัวนำสามารถกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอ ดังนั้น ในบางกรณีก็ใช้ แนวคิดของความหนาแน่นกระแส ผม .

สมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ คุณสมบัติทางแม่เหล็กของเหล็ก อิทธิพลขององค์ประกอบ การอบชุบด้วยความร้อน และคุณสมบัติการชุบแข็ง สมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ วัสดุทั้งหมดขึ้นอยู่กับระดับของสนามแม่เหล็ก ข้อเท็จจริงนี้เป็นผลมาจากความจริงที่ว่าอะตอมมีนิวเคลียสที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ซึ่งล้อมรอบด้วยสนามที่มีประจุลบหรือเมฆอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนอยู่ใน การเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องที่หมุนรอบนิวเคลียส เมื่อวัสดุสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก วงโคจรของอิเล็กตรอนจะถูกรบกวนในระดับหนึ่ง

ความหนาแน่นกระแสเฉลี่ยเท่ากับอัตราส่วนของความแรงกระแสต่อพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ

,

, (2)

โดยที่ J คือการเปลี่ยนแปลงปัจจุบัน

S - การเปลี่ยนแปลงพื้นที่

ระดับความบิดเบี้ยวของวัสดุภายใต้สนามแม่เหล็กภายนอกทำให้สามารถจำแนกวัสดุได้ เมื่อพิจารณาถึงระดับความบิดเบี้ยวและการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางแม่เหล็กที่เกิดจาก 3. การกำหนดโลหะผสม สำหรับการศึกษาและการผลิตวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก จำเป็นต้องคำนึงว่าพฤติกรรมของพวกมันขึ้นอยู่กับโครงสร้างจุลภาค โครงสร้างของเฟสจริง ความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน โครงสร้างอย่างมีนัยสำคัญ ความไม่สมบูรณ์ความเครียดตกค้าง ฯลฯ สมบัติทางแม่เหล็กในขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับ องค์ประกอบทางเคมี, โครงสร้าง, ความร้อนและการบำบัดทางกลที่สัมผัสกับวัสดุ

2. รูปแบบความแตกต่างของกฎของโอห์ม

ในปี พ.ศ. 2369 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน โอห์ม ได้ทดลองสร้างความแข็งแกร่งในปัจจุบันว่า เจในตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้า ยูระหว่างปลายของมัน

, (3)

โดยที่ k คือตัวประกอบสัดส่วนที่เรียกว่า
การนำไฟฟ้าหรือการนำไฟฟ้า [k] = [ซม.] (ซีเมนส์)

เมื่อพิจารณาจากเส้นโค้งฮิสเทรีซิส ดังจะเห็นด้านล่าง วัสดุสามารถจำแนกได้ว่ามีความอ่อนในสนามแม่เหล็กเมื่อวัสดุที่เป็นแม่เหล็กถูกล้างอำนาจแม่เหล็กออกอย่างง่ายดายและแข็งด้วยสนามแม่เหล็กเมื่อเกิดสิ่งที่ตรงกันข้าม โดยทั่วไปแล้ว ปัจจัยทั้งหมดที่เพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุยังเพิ่มแรงแม่เหล็กและแรงบีบบังคับด้วย วัสดุอ่อนนุ่ม: มีลักษณะเฉพาะด้วยการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง ดังนั้นเส้นโค้งฮิสเทรีซิสจึงมีความชันและแคบมาก วัสดุที่เป็นของแข็ง มีการบีบบังคับสูงโดยมีความลาดเอียงเล็กน้อยในเส้นโค้งฮิสเทรีซิส โดยคงไว้ซึ่งการคงอยู่สูงเมื่อเอาสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำออก

ค่า

(4)

เรียกว่า ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำ .

เราได้รับนิพจน์

. (5)

กฎของโอห์มสำหรับโครงเรื่อง วงจรไฟฟ้า, ไม่มีแหล่งที่มาปัจจุบัน

เราแสดงจากสูตรนี้ R

โดยทั่วไป เราสามารถพูดได้ว่าพวกมันมีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก ส่วนใหญ่เป็นเหล็กและโลหะอื่นๆ เช่น นิกเกิลและโคบอลต์ มีโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กที่ดี แม่เหล็กถาวรที่ดีทำด้วยเหล็กชุบแข็ง เหล็กหวานและเหล็กอบอ่อนไม่มีแม่เหล็กเมื่อแรงแม่เหล็กหยุดลง เหล็กทังสเตนเป็นโลหะผสมที่ใช้ทำแม่เหล็กและโลหะผสมโคบอลต์ ดังนั้นจึงส่วนใหญ่เป็นเหล็กซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก

เหล็กเป็นโลหะผสมที่มีฐานเป็นเหล็กซึ่งมีปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 8% การกำหนดโลหะผสม: มาตรฐานระดับชาติต่างๆ จำแนกโลหะผสมตามองค์ประกอบ โดยใช้ตัวเลขและตัวอักษรในการเข้ารหัสเพื่อระบุคุณลักษณะ

.

(6)

ความต้านทานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับรูปร่าง ขนาด และเนื้อของตัวนำ

ความต้านทานตัวนำ สัดส่วนโดยตรงกับความยาว lและแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัด ส.

ชาวกรีกในผลงานของพวกเขาพูดถึงแร่ที่ขุดในแมกนีเซียซึ่งมีคุณสมบัติในการดึงดูดอนุภาคเหล็กขนาดเล็กซึ่งพวกเขาเรียกว่าแมกนีไทต์หรือ "หินแม่เหล็ก" อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าชาวกรีกจะไม่รู้จักขั้วแม่เหล็ก ต่อมา Becquerel และ Faraday แสดงให้เห็นว่าวัตถุทั้งหมดได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไม่ทางใดก็ทางหนึ่งและใน องศาที่แตกต่าง. ความสามารถของแม่เหล็ก ไม่ว่าจะโดยธรรมชาติหรือประดิษฐ์ ในการดึงดูดอนุภาคเหล็กนี้เรียกว่าแม่เหล็ก วัตถุที่มีความสามารถในการดึงดูดและดึงดูดเหล็กและวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติกอื่น ๆ เรียกว่าแม่เหล็ก

, (7)

โดยที่  - กำหนดลักษณะของวัสดุที่ใช้ทำตัวนำและ
เรียกว่า ความต้านทานตัวนำ .

ด่วน :

. (8)

ที่มาของสนามแม่เหล็กอธิบายได้จากการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของอิเล็กตรอนขณะหมุนรอบ นิวเคลียสของอะตอมดังนั้นความสามารถของแม่เหล็กในการดึงดูดหรือขับไล่บนพื้นผิวของมันจึงไม่เท่ากัน แต่กลับกระจุกตัวอยู่ในบริเวณที่เรียกว่าขั้วแม่เหล็ก แม่เหล็กแต่ละตัวมีขั้วตรงข้ามกันสองขั้ว: ขั้วหนึ่งดึงดูดด้วยขั้วเหนือของโลกและเป็นขั้วเหนือของแม่เหล็กและอีกขั้วหนึ่งถูกดึงดูดโดยขั้วใต้ของโลกและเรียกว่าขั้วใต้ของแม่เหล็ก เนื่องจากอันที่จริงแล้ว ขั้วโลก N ทางภูมิศาสตร์นั้นเป็นแม่เหล็กใต้โดยมีความเบี่ยงเบนเล็กน้อยที่เปลี่ยนแปลงไปตลอดหลายปีที่ผ่านมา

ความต้านทานตัวนำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น

โดยที่ R 0 คือความต้านทานของตัวนำที่0С;

t คืออุณหภูมิ

 - ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน
(สำหรับโลหะ   0.04 องศา -1)

สูตรนี้ใช้ได้กับความต้านทานด้วย

, (10)

เมื่อธาตุเหล็กไม่ได้ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก อิเล็กตรอนของอะตอมจะถูกจัดเรียงแบบสุ่ม ดังนั้นเนื่องจากไม่มีแรงสุทธิที่มีนัยสำคัญ การมีอยู่ของขั้วแม่เหล็กจึงไม่ชัดเจน เมื่อเหล็กถูกทับด้วยสนามแม่เหล็ก อะตอมจะปรับทิศทางตัวเองไปในทิศทางและความรู้สึกของสนามที่ใช้ ทำให้เกิดขั้วแม่เหล็กที่จะดึงดูดอนุภาคเหล็ก รูปที่ 3 เส้นแม่เหล็กไม่ได้ถูกตัดออก แต่เป็นเส้นโค้งปิด และสันนิษฐานว่าป้อนแม่เหล็กที่ขั้วใต้และออกที่ขั้วโลกเหนือ

วัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกบางชนิดยังคงรักษาพลังงานที่น่าดึงดูดนี้ไว้ได้แม้จะแยกออกจากสนามของตัวเหนี่ยวนำซึ่งเป็นแม่เหล็กถาวร เนื่องจากวัสดุเหล่านี้สามารถรองรับหรือเก็บสนามแม่เหล็กจำนวนมากได้ แม่เหล็กถาวรสามารถรับได้ในสภาพธรรมชาติหรือได้มาจากการอบชุบด้วยความร้อนกับโลหะผสมที่มีรูปร่างพิเศษในขณะที่อยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กแรงสูง ในระหว่างกระบวนการบำบัดความร้อน โดเมนจะจัดเรียงและยังคงสอดคล้องกันเมื่อเอาฟิลด์ภายนอกออก

โดยที่  0 คือความต้านทานของตัวนำที่0С

ที่อุณหภูมิต่ำ (<8К) сопротивление некоторых металлов (алюминий, свинец, цинк и др.) скачкообразно уменьшается до нуля: металл становится ตัวนำสัมบูรณ์.

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ตัวนำยิ่งยวด .

แทนนิพจน์ (7) เป็น (5)

. (11)

จัดกลุ่มเงื่อนไขของนิพจน์ใหม่

, (12)

โดยที่ J/S=i – ความหนาแน่นกระแส

1/= - ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของสารตัวนำ

u/e=E คือความแรงของสนามไฟฟ้าในตัวนำ

(13)

กฎของโอห์มในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล

3. สาเหตุของการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าในตัวนำ
ความหมายทางกายภาพของแนวคิดของแรงภายนอก การทำงานของกองกำลังภายนอก

กฎของโอห์มแสดงว่าความหนาแน่นกระแสเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้ม อีสนามไฟฟ้าที่ทำปฏิกิริยากับประจุไฟฟ้าฟรีและทำให้เคลื่อนที่ได้เป็นระเบียบ

สนามไฟฟ้าในตัวนำคืออะไร? นี่คือสนามไฟฟ้าสถิตที่สร้างขึ้นโดยอิเล็กตรอนและไอออนบวก (สนามแรงคูลอมบ์)

แรงของคูลอมบ์นำไปสู่การแจกแจงประจุฟรีซึ่งสนามไฟฟ้าในตัวนำหายไปและศักย์ไฟฟ้าทุกจุดจะเท่ากัน ดังนั้นแรงคูลอมบ์จึงไม่สามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าตรงได้

เพื่อรองรับ กระแสตรงในวงจรแรงที่ไม่ใช่ไฟฟ้าต้องกระทำกับประจุฟรีเรียกว่า กองกำลังภายนอก . กองกำลังบุคคลที่สามทำให้เกิดการแยกประจุตรงข้ามและรักษาความต่างศักย์ที่ปลายตัวนำ มีการสร้างสนามไฟฟ้าเพิ่มเติมของแรงภายนอกในตัวนำขึ้น แหล่งที่มาปัจจุบัน(เซลล์กัลวานิก, แบตเตอรี่, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า). แหล่งที่มาของแรงภายนอกในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงมีความจำเป็นพอๆ กับปั๊มในระบบไฮดรอลิก

เนื่องจากสนามที่เกิดจากแรงภายนอก ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ภายในแหล่งกำเนิดกระแสกับแรงของสนามไฟฟ้าสถิต ด้วยเหตุนี้ความต่างศักย์จึงยังคงอยู่ที่ปลายวงจรภายนอกและกระแสไฟคงที่ในวงจร

กองกำลังบุคคลที่สามทำงานเนื่องจากพลังงานที่ใช้ไปในแหล่งพลังงานปัจจุบัน (เครื่องกล เคมี ฯลฯ)

การทำงานของแรงภายนอกในประจุบวกของหน่วยเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า 

. (14)

4. ที่มาของกฎของโอห์มสำหรับวงจรไฟฟ้าทั้งหมด

ให้วงจรไฟฟ้าปิดประกอบด้วยแหล่งกระแสด้วย  มีความต้านทานภายใน rและส่วนนอกมีความต้านทาน R.

R คือความต้านทานภายนอก

r คือความต้านทานภายใน

, (15)

ที่ไหน

– แรงดันไฟต่อความต้านทานภายนอก (16)

A - ย้ายประจุ q ภายในแหล่งที่มาปัจจุบัน
กล่าวคือ ทำงานกับความต้านทานภายใน แล้ว

, (17)

เพราะ

, แล้ว

, (18)

เขียนนิพจน์สำหรับ .ใหม่ 

. (19)

เนื่องจากตามกฎของโอห์มสำหรับวงจรไฟฟ้าปิด (=IR)

IR และ Ir - แรงดันตกในส่วนภายนอกและภายในของวงจรแล้ว

. (20)

กฎของโอห์มสำหรับวงจรไฟฟ้าปิด

ในวงจรไฟฟ้าปิด แหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า กระแสจะเท่ากับผลรวมของแรงดันตกในทุกส่วนของวงจร

5. กฎข้อที่หนึ่งและสองของ Kirchhoff

ในทางปฏิบัติมักจำเป็นต้องคำนวณวงจรไฟฟ้ากระแสตรงที่ซับซ้อน วงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อนประกอบด้วยวงจรนำไฟฟ้าแบบปิดหลายวงจรที่มีพื้นที่ส่วนกลาง แต่ละวงจรสามารถมีแหล่งกระแสได้หลายแหล่ง จุดแข็งในปัจจุบันในแต่ละส่วนอาจแตกต่างกันไปตามขนาดและทิศทาง

กฎข้อแรกของเคิร์ชฮอฟฟ์เป็นเงื่อนไขของกระแสคงที่ในวงจร

เรียกจุดแตกแขนงจุดใดก็ได้ที่มีตัวนำมากกว่าสองตัวมาบรรจบกัน กฎข้อแรกของเคิร์ชฮอฟฟ์ : ผลรวมเชิงพีชคณิตของจุดแข็งปัจจุบันในโหนดสาขาคือศูนย์

, (21)

โดยที่ n คือจำนวนตัวนำ

ผม ผม - กระแสในตัวนำ

กระแสน้ำที่เข้าใกล้โหนดนั้นถือเป็นค่าบวก ปล่อยให้โหนดเป็นลบ

สำหรับโหนด แต่กฎข้อแรกของ Kirchhoff เขียนไว้ว่า

. (22)

กฎข้อที่สองของ Kirchhoff เป็นลักษณะทั่วไปของกฎของโอห์มสำหรับวงจรไฟฟ้าแบบกิ่ง ดูเหมือนว่านี้: ในวงจรปิดใดๆ ของวงจรไฟฟ้าแบบแยกแขนง ผลรวมเชิงพีชคณิตฉัน ผม เกี่ยวกับความต้านทานR ผม ของส่วนที่เกี่ยวข้องของวงจรนี้เท่ากับผลรวมของ EMF ที่ใช้อยู่ ผม

ในการวาดสมการ คุณต้องเลือกทิศทางของบายพาส (ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา) กระแสทั้งหมดที่ประจวบกับทิศทางบายพาสแบบวนซ้ำถือเป็นค่าบวก EMF ของแหล่งกระแสถือเป็นค่าบวกหากพวกมันสร้างกระแสตรงไปยังบายพาสของวงจร ตัวอย่างเช่น กฎของ Kirchhoff สำหรับ I, II, III k

ผม -  1 +  2 \u003d -ผม 1 r 1 - ผม 1 R 1 + ผม 2 r 2 + ผม 2 R 2

II -  2 +  3 \u003d -I 2 r 2 - I 2 R 2 - I 3 r 3 - I 3 R 3

III -  1 +  3 \u003d -ฉัน 1 r 1 - ฉัน 1 R 1 - ฉัน 3 r 3 - ฉัน 3 R 3

จากสมการเหล่านี้ วงจรจะถูกคำนวณ

6. ติดต่อความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก

อิเล็กตรอนในโลหะเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่ม อิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์สูงสุดสามารถบินออกจากโลหะไปยังพื้นที่โดยรอบได้ ในเวลาเดียวกัน พวกมันทำงานกับแรงดึงดูดจากด้านข้างของประจุบวกส่วนเกินที่เกิดจากการปล่อยอิเล็กตรอนที่ก่อตัวรอบตัวนำ” เมฆอิเล็กตรอน". ระหว่างก๊าซอิเล็กตรอนในโลหะกับ "เมฆอิเล็กตรอน" มีความสมดุลแบบไดนามิก

ฟังก์ชั่นการทำงานของอิเล็กตรอน เป็นงานที่ต้องทำเพื่อเอาอิเล็กตรอนออกจากโลหะไปสู่อวกาศที่ไม่มีอากาศถ่ายเท

การขาดอิเล็กตรอนในตัวนำและส่วนเกินในอวกาศโดยรอบจะปรากฏเป็นชั้นบาง ๆ ทั้งสองด้านของพื้นผิวตัวนำ (ระยะห่างระหว่างอะตอมในโลหะหลายระยะ) ดังนั้นพื้นผิวของโลหะจึงเป็นไฟฟ้าสองชั้น คล้ายกับตัวเก็บประจุที่บางมาก

ความต่างศักย์ระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับหน้าที่การทำงานของอิเล็กตรอน

, (24)

โดยที่ e คือประจุของอิเล็กตรอน

 - สัมผัสความต่างศักย์ระหว่างโลหะกับ
สิ่งแวดล้อม;

A คือฟังก์ชันการทำงาน (อิเล็กตรอน-โวลต์ - E-V)

หน้าที่การทำงานขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีของโลหะและสถานะของพื้นผิว (การปนเปื้อน ความชื้น)

การเกิดขึ้นของความต่างศักย์การสัมผัสระหว่างตัวนำโลหะที่สัมผัสถูกค้นพบเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี โวลตา เขาทดลองก่อตั้ง กฎสองข้อของโวลตา:

1. เมื่อเชื่อมต่อตัวนำสองตัวที่ทำจากโลหะต่างกันจะเกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจากการสัมผัสซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและอุณหภูมิเท่านั้น

2. ความต่างศักย์ระหว่างปลายของวงจรที่ประกอบด้วยตัวนำโลหะที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมที่อุณหภูมิเดียวกันไม่ได้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของตัวนำระดับกลาง เท่ากับความต่างศักย์สัมผัสที่เกิดจากการเชื่อมต่อโดยตรงของตัวนำสุดขั้ว

ปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก

พิจารณาวงจรปิดที่ประกอบด้วยตัวนำโลหะสองตัว 1 และ 2 . แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ใช้กับวงจรนี้เท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นทั้งหมด

ถ้าอุณหภูมิของชั้นเท่ากัน

แล้ว =0

ถ้าอุณหภูมิของชั้นต่างกัน เช่น

, แล้ว

, (26)

โดยที่  เป็นค่าคงที่ที่แสดงคุณลักษณะของการสัมผัสของโลหะสองชนิด

ในกรณีนี้ในวงจรปิดจะปรากฏขึ้น แรงเทอร์โมไฟฟ้า ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองชั้น

ปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริกในโลหะใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดอุณหภูมิ ใช้สำหรับสิ่งนี้ เทอร์โมอิเลเมนต์หรือ เทอร์โมคัปเปิลซึ่งเป็นลวดสองเส้นที่ทำจากโลหะและโลหะผสมต่างๆ ปลายสายเหล่านี้บัดกรี ทางแยกหนึ่งวางในตัวกลาง อุณหภูมิ ตู่ 1 ที่คุณต้องการวัดและที่สอง - ในตัวกลางที่มีอุณหภูมิคงที่

เทอร์โมคัปเปิลมีข้อดีหลายประการเหนือเทอร์โมมิเตอร์ทั่วไป: ช่วยให้วัดอุณหภูมิได้หลากหลายตั้งแต่ระดับสัมบูรณ์นับหมื่นถึงหลายพันองศา เทอร์โมคัปเปิลมีความไวสูง ดังนั้นจึงสามารถวัดความแตกต่างของอุณหภูมิที่น้อยมากได้ (สูงถึง 10 -6 องศา) ตัวอย่างเช่น: เหล็ก-ค่าคงที่วัดอุณหภูมิได้ถึง 500 Сและมีความไว 5.3  10 -5 V/deg; platinum-platinum-rhodium (90% platinum and 10% rhodium) มีความไว 6  10 -6 v / deg และใช้ในการวัดอุณหภูมิจากต่ำสุดถึงหลายพันองศา

สามารถใช้เทอร์โมคัปเปิลเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเมื่อเวลาผ่านไป ความสามารถในการติดตั้งกัลวาโนมิเตอร์ในระยะไกลทำให้สามารถใช้เทอร์โมคัปเปิลในอุปกรณ์อัตโนมัติได้ เพื่อเพิ่มความไวของเทอร์โมคัปเปิลจะใช้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่เรียกว่าเทอร์โมไพล์

7. กระแสไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมต่างๆ

กระแสไฟฟ้าในก๊าซ .

ก๊าซภายใต้สภาวะปกติคือ ไดอิเล็กทริก ประกอบด้วยอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้า

เมื่อก๊าซถูกแตกตัวเป็นไอออน ตัวนำกระแสไฟฟ้า (ประจุบวก) จะเกิดขึ้น

กระแสไฟฟ้าในก๊าซเรียกว่า การปล่อยก๊าซ . ในการปล่อยก๊าซไปยังท่อที่มีก๊าซไอออไนซ์ จะต้องมีสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก

ก๊าซไอออไนซ์ สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอก - ความร้อนสูง, รังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์, รังสีกัมมันตภาพรังสี, เมื่ออะตอม (โมเลกุล) ของก๊าซถูกโจมตีด้วยอิเล็กตรอนหรือไอออนเร็ว

การวัดกระบวนการไอออไนซ์คือ ความเข้มข้นของไอออไนซ์ วัดโดยจำนวนคู่ของอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกันซึ่งปรากฏในปริมาตรของก๊าซหนึ่งหน่วยในช่วงเวลาหนึ่งหน่วย

อิมแพคไอออไนซ์ การแยกตัวออกจากอะตอม (โมเลกุล) ของอิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปเรียกว่า เกิดจากการชนกับอะตอมหรือโมเลกุลของแก๊สของอิเล็กตรอนหรือไอออนที่เร่งโดยสนามไฟฟ้าในการปลดปล่อย

1. การปล่อยก๊าซที่ไม่ยั่งยืน คือค่าการนำไฟฟ้าของก๊าซที่เกิดจากไอออไนซ์ภายนอก

ลักษณะแรงดันกระแสของการปล่อยก๊าซ: เมื่อ U เพิ่มขึ้น จำนวนอนุภาคที่มีประจุถึงอิเล็กโทรดจะเพิ่มขึ้น และกระแสจะเพิ่มขึ้นเป็น I=I ถึง ที่อนุภาคที่มีประจุทั้งหมดไปถึงอิเล็กโทรด. ในเวลาเดียวกัน U=Uк

, (27)

ความอิ่มตัวในปัจจุบัน

โดยที่ e คือค่าใช้จ่ายเบื้องต้น

N 0 - จำนวนคู่สูงสุดของไอออนโมโนวาเลนต์ที่เกิดขึ้น
ในปริมาตรของก๊าซใน 1 วินาที

กระแสที่เพิ่มขึ้นอย่างมากในส่วน ABเกี่ยวข้องกับการเกิดอิออไนเซชันกระทบ

2. การปล่อยก๊าซอิสระ - การคายประจุที่ยังคงดำเนินต่อไปหลังจากการสิ้นสุดของไอออนไนเซอร์ภายนอก ได้รับการดูแลและพัฒนาโดยอิมแพคไอออไนซ์

การปล่อยก๊าซที่ไม่ยั่งยืนในตัวเองจะกลายเป็นการพึ่งพาตนเองเมื่อ ยู ชม.- แรงดันไฟจุดระเบิด กระบวนการเปลี่ยนผ่านนี้เรียกว่า การสลายตัวทางไฟฟ้าของแก๊ส .

ขึ้นอยู่กับแรงดันแก๊สและแรงดัน มี:

1) การปล่อยเรืองแสง;

2) การปลดปล่อยโคโรนา;

3) ปล่อยประกายไฟ;

4) การปล่อยอาร์ค

ปล่อยแสง ใช้ในหลอดแก๊ส เลเซอร์แก๊ส

ปล่อยโคโรนา - ใช้สำหรับฆ่าเชื้อเมล็ดพืชผลทางการเกษตร

ปล่อยประกายไฟ - ฟ้าผ่า (กระแสสูงถึงหลายพันแอมแปร์ความยาว - หลายกิโลเมตร)

การปล่อยอาร์ค (Т=3000 °С – ที่ความดันบรรยากาศ อุณหภูมิของแก๊สคือ 5000…6000 °С) ใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในสปอตไลท์ทรงพลัง ในอุปกรณ์ฉายภาพ

พลาสม่า - สถานะพิเศษของการรวมตัวของสารซึ่งมีการแตกตัวเป็นไอออนในระดับสูงของอนุภาค

พลาสม่าแบ่งออกเป็น

– แตกตัวเป็นไอออนอย่างอ่อน( - เศษส่วนของเปอร์เซ็นต์ - ชั้นบนของบรรยากาศ, ไอโอสเฟียร์);

– แตกตัวเป็นไอออนบางส่วน(หลาย %);

– แตกตัวเป็นไอออนอย่างเต็มที่(ดวงอาทิตย์, ดาวร้อน, เมฆระหว่างดวงดาว)

พลาสมาที่สร้างขึ้นโดยมนุษย์เทียมนั้นถูกใช้ในหลอดปล่อยก๊าซ แหล่งพลังงานไฟฟ้าในพลาสมา และเครื่องกำเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ปรากฏการณ์การปล่อยมลพิษ :

1. การปล่อยโฟโตอิเล็กทรอนิคส์ - ดึงออกภายใต้การกระทำของแสงอิเล็กตรอนจากพื้นผิวของโลหะในสุญญากาศ

2. การปล่อยความร้อน - การปล่อยอิเล็กตรอนโดยวัตถุที่เป็นของแข็งหรือของเหลวเมื่อถูกทำให้ร้อน

3. การปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ คือการไหลย้อนของอิเล็กตรอนจากพื้นผิวที่ถูกกระแทกโดยอิเล็กตรอนในสุญญากาศ

อุปกรณ์ตามปรากฏการณ์การปล่อยความร้อนเรียกว่า โคมไฟอิเล็กทรอนิกส์ .

ไดโอด, ไตรโอดให้พิจารณาอย่างอิสระ

กระแสไฟฟ้าในของแข็ง .

โลหะเป็นตาข่ายคริสตัล นอตไอออนที่มีประจุบวกจะสร้างสนามไฟฟ้าภายในโลหะ โหนดแลตทิซถูกจัดเรียงอย่างเข้มงวด ดังนั้นฟิลด์ที่สร้างขึ้นจึงเป็นฟังก์ชันของพิกัดเป็นระยะ ดังนั้นอิเล็กตรอนสามารถอยู่ในสถานะบางอย่างที่สอดคล้องกับค่าพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง

เนื่องจากในของแข็ง อิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์ไม่เฉพาะกับอะตอมของตัวเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอะตอมอื่นๆ ของโครงผลึกด้วย ระดับพลังงานของอะตอมจึงถูกแยกออกด้วยการก่อตัว แถบพลังงาน .

ในรูป การแยกระดับพลังงานของอะตอมที่แยกออกมาในขณะที่พวกมันเข้าใกล้และสร้างแถบพลังงานจะปรากฏขึ้น

พลังงานของอิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถอยู่ภายในพื้นที่แรเงาที่เรียกว่า เขตพลังงานที่อนุญาต . แยกระดับตามพื้นที่ ค่าพลังงานต้องห้าม – เขตต้องห้าม (ความกว้างเทียบเท่ากับความกว้างของเขตต้องห้าม)

ความแตกต่างในคุณสมบัติทางไฟฟ้าของของแข็งประเภทต่างๆ อธิบายโดย:

1) ความกว้างของแถบพลังงานต้องห้าม

2) การเติมแถบพลังงานที่อนุญาตต่างกันด้วยอิเล็กตรอน
(อิเล็กทริกลวด).

8. กระแสในของเหลว อิเล็กโทรไลซิส กฎของฟาราเดย์

การสังเกตพบว่าของเหลวหลายชนิดนำไฟฟ้าได้ไม่ดีนัก (น้ำกลั่น กลีเซอรีน น้ำมันก๊าด ฯลฯ) สารละลายที่เป็นน้ำของเกลือ กรด และด่างนำไฟฟ้าได้ดี

อิเล็กโทรลิซิส - กระแสไหลผ่านของเหลวทำให้เกิดการปลดปล่อยสารที่ประกอบเป็นอิเล็กโทรไลต์บนอิเล็กโทรด

อิเล็กโทรไลต์ - สารที่มีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิก การนำอิออน - สั่งการเคลื่อนที่ของไอออนภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ไอออน อะตอมหรือโมเลกุลที่สูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป ไอออนบวก - ไพเพอร์, เชิงลบ - แอนไอออน.

สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นในของเหลวโดยอิเล็กโทรด (“+” – แอโนด, “–” – แคโทด) ไอออนบวก (ไพเพอร์) จะเคลื่อนไปทางแคโทด ประจุลบ - ไปทางแอโนด

มีการอธิบายลักษณะของไอออนในอิเล็กโทรไลต์ การแยกตัวด้วยไฟฟ้า – การสลายตัวของโมเลกุลตัวถูกละลายเป็นไอออนบวกและลบอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์กับตัวทำละลาย (Na + Cl - ; H + Cl - ; K + I - ...).

ระดับความแตกแยก  เรียกว่าจำนวนโมเลกุล น 0  แยกตัวออกเป็นไอออนตามจำนวนโมเลกุลทั้งหมด น 0

. (28)

ในระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของไอออน กระบวนการย้อนกลับของการรวมตัวของไอออนจะเกิดขึ้น เรียกว่า การรวมตัวกันใหม่ .

กฎหมายของ M. Faraday (1834)

มวลของสารที่ปล่อยออกมาที่อิเล็กโทรดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับประจุไฟฟ้า qผ่านอิเล็กโทรไลต์

หรือ

, (29)

โดยที่ k คือค่าเทียบเท่าไฟฟ้าเคมีของสาร เท่ากับมวลของสาร
ปล่อยออกมาเมื่อผ่านหน่วยอิเล็กโทรไลต์
ปริมาณไฟฟ้า

, (30)

โดยที่ I คือกระแสตรงที่ไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์

สารเทียบเท่าไฟฟ้าเคมีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราส่วนของมวลอะตอม (โมลาร์) ต่อความจุ n

, (31)

โดยที่ A คือมวลอะตอม

n คือความจุ

ค่าคงที่ฟาราเดย์

โดยที่ C คือค่าคงที่สากลสำหรับองค์ประกอบทั้งหมด

F \u003d 9.648  10 4 C / mol

ความหมายทางกายภาพเป็นไปตามกฎอิเล็กโทรลิซิสรวมของฟาราเดย์

ฟิลด์ที่สร้างขึ้นโดยหนึ่งประจุ ... ความต้านทานประจุตัวเก็บประจุ หมุนเวียนค่าความต้านทานในวงจรเป็นที่รู้จัก หมุนเวียน. กำหนด ... วิธีแก้คือแรงดันในวงจร . - หมุนเวียนในห่วงโซ่ คือ ความต้านทานวงจรสมมูล - ...

ไฟฟ้า หมุนเวียนในสภาพแวดล้อมต่างๆ (2)

บทคัดย่อ >> ฟิสิกส์

... ไฟฟ้า หมุนเวียนในก๊าซ ในก๊าซมีสารขึ้นอยู่กับและเป็นอิสระ ไฟฟ้าอันดับ ปรากฏการณ์การรั่วไหล ไฟฟ้า หมุนเวียน...แอร์แล้ว ไฟฟ้า หมุนเวียนไม่เกิดในสุญญากาศ ไม่มีพาหะ ไฟฟ้า หมุนเวียน. นักวิทยาศาสตร์อเมริกัน...

ไฟฟ้า หมุนเวียนในตัวนำของเหลว

รายงานการฝึกปฏิบัติ >> ฟิสิกส์

1 กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสในสารละลายและการหลอมของอิเล็กโทรไลต์ ไฟฟ้า หมุนเวียนในโลหะไม่มีกระบวนการทางเคมี ... มีตัวนำประเภทดังกล่าวซึ่ง ไฟฟ้า หมุนเวียนมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีบางอย่างเสมอ...

อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้มักถูกเรียกว่าพาหะในปัจจุบันในทางทฤษฎี ในตัวนำและเซมิคอนดักเตอร์ ตัวพาปัจจุบันคืออิเล็กตรอน ในอิเล็กโทรไลต์ ไอออนที่มีประจุ ในก๊าซ ทั้งอิเล็กตรอนและไอออนสามารถเป็นตัวพาประจุได้ ตัวอย่างเช่น ในโลหะ มีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่สามารถเคลื่อนที่ได้ ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในพวกมันคือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ควรสังเกตว่าผลลัพธ์ของกระแสไฟฟ้าในโลหะและสารละลายที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ไม่เกิดกับโลหะ กระบวนการทางเคมีเมื่อผ่านกระแส ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์ ภายใต้อิทธิพลของกระแส ไอออนของสารจะถูกปล่อยบนอิเล็กโทรด (ปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรไลซิส) ความแตกต่างในผลของการกระทำของกระแสไฟฟ้าอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าตัวพาประจุในโลหะและอิเล็กโทรไลต์มีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน ในโลหะ สิ่งเหล่านี้คืออิเล็กตรอนอิสระที่แยกออกจากอะตอม ในสารละลาย สิ่งเหล่านี้คือไอออน กล่าวคือ อะตอมหรือหมู่ของพวกมันที่มีประจุ

ใช่ก่อน เงื่อนไขที่จำเป็นการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าในสารใด ๆ คือการมีอยู่ของตัวพาปัจจุบัน

เพื่อให้ประจุอยู่ในสภาวะสมดุล จำเป็นที่ความต่างศักย์ระหว่างจุดใดๆ ของตัวนำจะต้องเท่ากับศูนย์ ในกรณีที่เงื่อนไขนี้ถูกละเมิดก็ไม่มีความสมดุลจากนั้นประจุจะเคลื่อนที่ ดังนั้น เงื่อนไขที่จำเป็นประการที่สองสำหรับการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าในตัวนำคือการสร้างแรงดันไฟฟ้าระหว่างบางจุด

การเคลื่อนที่ตามคำสั่งของประจุฟรีซึ่งเกิดขึ้นในตัวนำอันเป็นผลมาจากการกระทำของสนามไฟฟ้าเรียกว่ากระแสนำ

อย่างไรก็ตาม เราทราบว่าการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอนุภาคที่มีประจุนั้นเป็นไปได้ หากตัวนำที่มีประจุหรือไดอิเล็กตริกถูกเคลื่อนย้ายในอวกาศ กระแสไฟฟ้าดังกล่าวเรียกว่าการพาความร้อน

กลไกการดำเนินการกระแสตรง

เพื่อให้กระแสไหลอย่างต่อเนื่องในตัวนำจำเป็นต้องเชื่อมต่ออุปกรณ์บางอย่างกับตัวนำ (หรือชุดตัวนำ - สายตัวนำ) ซึ่งกระบวนการแยกประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและด้วยเหตุนี้ รักษาแรงดันไฟในวงจร อุปกรณ์นี้เรียกว่าแหล่งที่มาปัจจุบัน (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) แรงที่แยกประจุเรียกว่าแรงภายนอก พวกมันไม่ใช่แหล่งกำเนิดไฟฟ้าและทำงานภายในแหล่งกำเนิดเท่านั้น เมื่อประจุถูกแยกออกจากกัน แรงภายนอกจะสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างปลายของวงจร

ในกรณีที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านวงจรปิด แรงไฟฟ้าสถิตจะเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่างานทั้งหมดของกองกำลัง ($A$) ที่กระทำต่อประจุนั้นเท่ากับงานของกองกำลังภายนอก ($A_(st)$) ปริมาณทางกายภาพซึ่งระบุลักษณะแหล่งที่มาปัจจุบันคือ แหล่ง emf($(\mathcal E)$) ถูกกำหนดเป็น:

\[(\mathcal E)=\frac(A)(q)\left(1\right),\]

โดยที่ $q$ เป็นประจุบวก ประจุจะเคลื่อนที่เป็นวงปิด EMF ไม่ใช่แรงในความหมายที่แท้จริง หน่วย $\left[(\mathcal E)\right]=B$.

ธรรมชาติของแรงภายนอกอาจแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในเซลล์กัลวานิก แรงภายนอกเป็นผลมาจากกระบวนการไฟฟ้าเคมี ในเครื่อง DC แรงนี้คือแรงลอเรนซ์

ลักษณะปัจจุบันที่สำคัญ

ทิศทางของกระแสถือเป็นทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคบวกตามอัตภาพ ซึ่งหมายความว่าทิศทางของกระแสในโลหะมีทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค

กระแสไฟฟ้ามีลักษณะเป็นความแรงของกระแส ปัจจุบัน ($I$) เป็นปริมาณสเกลาร์ที่เท่ากับอนุพันธ์เวลาของประจุ ($q$) สำหรับกระแสที่ไหลผ่านพื้นผิว S:

กระแสสามารถเป็นค่าคงที่และผันแปรได้ ในกรณีที่ความแรงของกระแสและทิศทางไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา กระแสดังกล่าวจะเรียกว่าค่าคงที่ และด้วยเหตุนี้ นิพจน์ของความแรงในปัจจุบันสามารถเขียนได้ดังนี้

โดยที่ความแรงปัจจุบันถูกกำหนดให้เป็นประจุที่ผ่านพื้นผิว S ต่อหน่วยเวลา

ในระบบ SI หน่วยพื้นฐานของกระแสคือแอมแปร์ (A)

ลักษณะเฉพาะของเวกเตอร์ของกระแสคือความหนาแน่นของมัน เวกเตอร์ความหนาแน่นกระแส ($\overrightarrow(j)$) กำหนดลักษณะการกระจายของกระแสในส่วน S เวกเตอร์นี้มุ่งไปในทิศทางที่ประจุบวกเคลื่อนที่ ค่าสัมบูรณ์ของเวกเตอร์ความหนาแน่นกระแสคือ:

โดยที่ $dS"$ คือการฉายภาพของพื้นผิวเบื้องต้น $dS$ บนระนาบที่ตั้งฉากกับเวกเตอร์ความหนาแน่นกระแส $dI$ เป็นองค์ประกอบของความแรงกระแสที่ไหลผ่านพื้นผิว $dS\ และ\ dS"$ .

ความหนาแน่นกระแสในโลหะสามารถแสดงเป็น:

\[\overrightarrow(j)=-n_0q_e\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle \ \left(5\right),\]

โดยที่ $n_0$ คือความเข้มข้นของอิเล็กตรอนนำไฟฟ้า $q_e=1.6(\cdot 10)^(-19)Cl$ คือประจุของอิเล็กตรอน $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle $ -- the ความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอิเล็กตรอน ที่ความหนาแน่นกระแสสูงสุด $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle =(10)^(-4)\frac(m)(s)$.

พื้นฐาน กฎทางกายภาพเป็นกฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า หากเราเลือกพื้นผิวปิดตายตัว S (รูปที่ 1) ซึ่งจำกัดปริมาตร V แล้ว ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลออกจากปริมาตร V ต่อวินาทีจะถูกกำหนดเป็น $\oint\limits_S(j_ndS.)$ ในจำนวนเท่ากัน ของกระแสไฟฟ้าสามารถแสดงในรูปของประจุ : $-\frac(\partial q)(\partial t)$ ดังนั้นเราจึงมี:

\[\frac(\partial q)(\partial t)=-\oint\limits_S(j_ndS\left(6\right),)\]

โดยที่ $j_n$ คือการฉายภาพของเวกเตอร์ความหนาแน่นกระแสไปยังทิศทางของเส้นปกติไปยังองค์ประกอบพื้นผิว $dS$ ในขณะที่:

โดยที่ $\alpha $ คือมุมระหว่างทิศทางของค่าปกติกับ dS และเวกเตอร์ความหนาแน่นกระแส สมการ (6) ใช้อนุพันธ์ย่อยเพื่อเน้นว่าพื้นผิว S อยู่กับที่

สมการ (6) คือกฎการอนุรักษ์ประจุในไฟฟ้ากระแสสลับมหภาค ในกรณีที่กระแสคงที่ตามกาลเวลาเราจะเขียนกฎการอนุรักษ์ประจุในรูปแบบ:

\[\oint\limits_S(j_ndS=0\left(8\right).)\]