Aina kubwa ya matukio ya kimaumbile, ya hadubini na makroskopu, yana asili ya sumakuumeme. Hizi ni pamoja na nguvu za msuguano na unyumbufu, michakato yote ya kemikali, umeme, sumaku, macho.
Mojawapo ya maonyesho kama haya ya mwingiliano wa sumakuumeme ni msogeo uliopangwa wa chembe zinazochajiwa. Ni kipengele muhimu kabisa cha takriban teknolojia zote za kisasa zinazotumika katika nyanja mbalimbali - kutoka kwa shirika la maisha yetu hadi safari za anga.
Dhana ya jumla ya jambo
Msogeo uliopangwa wa chembe zilizochajiwa huitwa mkondo wa umeme. Mwendo kama huo wa malipo unaweza kufanywa katika midia tofauti kwa njia ya chembe fulani, wakati mwingine nusu-chembe.
Masharti ya sasa nikwa usahihi, harakati iliyoelekezwa. Chembe zilizochajiwa ni vitu ambavyo (pamoja na vile vya upande wowote) vina mwendo wa machafuko ya joto. Hata hivyo, mkondo hutokea tu wakati, dhidi ya usuli wa mchakato huu wa machafuko unaoendelea, kuna mtiririko wa jumla wa chaji katika mwelekeo fulani.
Mwili unaposogea, bila ya kielektroniki kwa ujumla wake, chembe katika atomi na molekuli zake, bila shaka, husogea katika mwelekeo fulani, lakini kwa kuwa chaji kinyume katika kitu kisichoegemea upande wowote hulipa fidia, hakuna uhamisho wa malipo, na tunaweza kuongelea sasa haileti maana katika kesi hii pia.
Jinsi ya sasa inatolewa
Zingatia toleo rahisi zaidi la msisimko wa moja kwa moja wa sasa. Ikiwa uwanja wa umeme unatumika kwa kati ambapo flygbolag za malipo zipo katika hali ya jumla, mwendo ulioamuru wa chembe za kushtakiwa utaanza ndani yake. Jambo hilo linaitwa chaji drift.
Inaweza kuelezwa kwa ufupi kama ifuatavyo. Katika pointi tofauti za shamba, tofauti ya uwezo (voltage) hutokea, yaani, nishati ya mwingiliano wa malipo ya umeme iko katika pointi hizi na shamba, kuhusiana na ukubwa wa mashtaka haya, itakuwa tofauti. Kwa kuwa mfumo wowote wa kimwili, kama unavyojulikana, huwa na kiwango cha chini cha nishati inayolingana na hali ya usawa, chembe za malipo zitaanza kuelekea usawazishaji wa uwezo. Kwa maneno mengine, uga hufanya kazi fulani kusogeza chembe hizi.
Wakati uwezo unasawazishwa, mvutano hutowekashamba la umeme - hupotea. Wakati huo huo, harakati iliyoagizwa ya chembe za kushtakiwa, sasa, pia huacha. Ili kupata stationary, ambayo ni, uwanja unaotegemea wakati, ni muhimu kutumia chanzo cha sasa ambacho, kwa sababu ya kutolewa kwa nishati katika michakato fulani (kwa mfano, kemikali), malipo yanaendelea kutengwa na kulishwa kwa nguzo, kudumisha uwepo wa uwanja wa umeme.
Ya sasa inaweza kupatikana kwa njia mbalimbali. Kwa hivyo, mabadiliko katika uwanja wa sumaku huathiri malipo katika mzunguko wa uendeshaji unaoletwa ndani yake na husababisha harakati zao zilizoelekezwa. Mkondo kama huo unaitwa kwa kufata neno.
Tabia za kiasi cha sasa
Kigezo kikuu ambacho mkondo wake unafafanuliwa kwa kiasi ni uimara wa mkondo (wakati mwingine wanasema "thamani" au kwa urahisi "sasa"). Inafafanuliwa kama kiasi cha umeme (kiasi cha malipo au idadi ya malipo ya msingi) kupita kwa muda wa kitengo kupitia uso fulani, kwa kawaida kupitia sehemu ya msalaba wa kondakta: I=Q / t. Ya sasa inapimwa kwa amperes: 1 A \u003d 1 C / s (coulomb kwa pili). Katika sehemu ya mzunguko wa umeme, nguvu ya sasa inahusiana moja kwa moja na tofauti inayowezekana na kinyume chake - kwa upinzani wa kondakta: I \u003d U / R. Kwa mzunguko kamili, utegemezi huu (sheria ya Ohm) unaonyeshwa kama I=Ԑ/R+r, ambapo Ԑ ni nguvu ya kielektroniki ya chanzo na r ni ukinzani wake wa ndani.
Uwiano wa nguvu ya sasa na sehemu ya msalaba ya kondakta ambapo mwendo ulioamriwa wa chembe zilizochaji hutokea kwa upenyo wake unaitwa msongamano wa sasa: j=I/S=Q/St. Thamani hii ni sifa ya kiasi cha umeme kinachotiririka kwa kila kitengo cha wakati kupitia eneo la kitengo. Ya juu ya nguvu ya shamba E na conductivity ya umeme ya kati σ, zaidi ya wiani wa sasa: j=σ∙E. Tofauti na nguvu ya sasa, wingi huu ni vekta, na ina mwelekeo kando ya mwendo wa chembe zinazobeba chaji chanya.
Uelekeo wa sasa na mwelekeo wa kuteremka
Katika uwanja wa umeme, vitu vinavyobeba chaji, kwa ushawishi wa vikosi vya Coulomb, vitasogea kwa utaratibu hadi kwenye nguzo ya chanzo cha sasa, kinyume kwa ishara ya malipo. Chembe zilizochajiwa vyema huteleza kuelekea kwenye nguzo hasi ("minus") na, kinyume chake, malipo hasi ya bure huvutiwa na "plus" ya chanzo. Chembe pia zinaweza kuelekea pande mbili tofauti kwa wakati mmoja ikiwa kuna wabebaji chaji wa ishara zote mbili kwenye njia ya kuwasilisha.
Kwa sababu za kihistoria, inakubalika kwa ujumla kuwa mkondo unaelekezwa jinsi malipo chanya husogezwa - kutoka "plus" hadi "minus". Ili kuepuka kuchanganyikiwa, ikumbukwe kwamba ingawa katika hali inayojulikana zaidi ya sasa katika kondakta za chuma, harakati halisi ya chembe - elektroni - hutokea, bila shaka, kinyume chake, sheria hii ya masharti inatumika kila wakati.
Uenezi wa sasa na kasi ya kusogea
Mara nyingi kuna matatizo ya kuelewa jinsi sasa inavyosonga. Dhana mbili tofauti hazipaswi kuchanganyikiwa: kasi ya uenezi wa sasa (umemeishara) na kasi ya drift ya chembe - wabebaji wa malipo. Ya kwanza ni kasi ambayo mwingiliano wa sumakuumeme hupitishwa au - ambayo ni sawa - shamba hueneza. Iko karibu (kwa kuzingatia njia ya uenezi) na kasi ya mwanga katika utupu na ni karibu 300,000 km/s.
Chembe hufanya harakati zao za mpangilio polepole sana (10-4–10-3 m/s). Kasi ya kuteleza inategemea nguvu ambayo uwanja wa umeme unaotumika huwafanyia, lakini katika hali zote ni maagizo kadhaa ya ukubwa wa chini kuliko kasi ya mwendo wa nasibu wa joto wa chembe (105 –106m/s). Ni muhimu kuelewa kwamba chini ya hatua ya shamba, drift wakati huo huo wa malipo yote ya bure huanza, hivyo sasa inaonekana mara moja katika kondakta nzima.
Aina za sasa
Kwanza kabisa, mikondo inatofautishwa na tabia ya wabebaji chaji kwa wakati.
- Mkondo usiobadilika ni mkondo ambao haubadilishi ama ukubwa (nguvu) au mwelekeo wa mwendo wa chembe. Hii ndiyo njia rahisi zaidi ya kusogeza chembe za chaji, na huwa ni mwanzo wa utafiti wa mkondo wa umeme.
- Katika kubadilisha mkondo, vigezo hivi hubadilika kulingana na wakati. Kizazi chake kinatokana na uzushi wa induction ya sumakuumeme ambayo hutokea katika mzunguko uliofungwa kutokana na mabadiliko (mzunguko) wa shamba la magnetic. Sehemu ya umeme katika kesi hii mara kwa mara hubadilisha vekta ya nguvu. Ipasavyo, ishara za uwezo hubadilika, na thamani yao hupita kutoka "plus" hadi "minus" maadili yote ya kati, ikiwa ni pamoja na sifuri. Matokeo yakeuzushi, mwendo ulioamriwa wa chembe zilizochajiwa hubadilisha mwelekeo kila wakati. Ukubwa wa sasa vile hubadilika (kawaida sinusoidally, yaani, kwa usawa) kutoka kwa kiwango cha juu hadi cha chini. Mkondo mbadala una sifa muhimu sana ya kasi ya oscillations hizi kama frequency - idadi ya mizunguko kamili ya mabadiliko kwa sekunde.
Mbali na uainishaji huu muhimu zaidi, tofauti kati ya mikondo pia inaweza kufanywa kulingana na kigezo kama vile asili ya msogeo wa wabebaji wa chaji kuhusiana na kati ambayo mkondo wa sasa hueneza.
Mikondo ya uendeshaji
Mfano maarufu zaidi wa mkondo ni mwendo uliopangwa, ulioelekezwa wa chembe zilizochajiwa chini ya utendakazi wa kipenyo cha umeme ndani ya mwili (wastani). Inaitwa conduction current.
Katika yabisi (metali, grafiti, nyenzo nyingi changamano) na baadhi ya vimiminika (zebaki na kuyeyuka kwa metali nyingine), elektroni ni chembe zinazochajiwa na rununu. Mwendo uliopangwa katika kondakta ni kusogea kwao kuhusiana na atomi au molekuli za dutu. Conductivity ya aina hii inaitwa elektroniki. Katika semiconductors, uhamisho wa malipo pia hutokea kutokana na harakati za elektroni, lakini kwa sababu kadhaa ni rahisi kutumia dhana ya shimo kuelezea sasa - quasiparticle chanya, ambayo ni nafasi ya elektroni inayosonga.
Katika miyeyusho ya elektroliti, upitishaji wa mkondo unafanywa kwa sababu ya ioni hasi na chanya zinazohamia kwenye nguzo tofauti - anode na cathode, ambazo ni sehemu ya suluhisho.
Hamisha mikondo
Gesi - katika hali ya kawaida dielectri - inaweza pia kuwa kondakta ikiwa itawekwa kwenye ioni yenye nguvu ya kutosha. Conductivity ya umeme ya gesi imechanganywa. Gesi ya ionized tayari ni plasma ambayo elektroni na ions, yaani, chembe zote za kushtakiwa, huhamia. Mwendo wao uliopangwa huunda mkondo wa plasma na huitwa kutokwa kwa gesi.
Uhamishaji wa malipo unaoelekezwa unaweza kutokea sio tu ndani ya mazingira. Tuseme boriti ya elektroni au ioni inasonga katika utupu, iliyotolewa kutoka kwa electrode chanya au hasi. Jambo hili linaitwa chafu ya elektroni na hutumiwa sana, kwa mfano, katika vifaa vya utupu. Bila shaka, harakati hii ni ya mkondo.
Kesi nyingine ni kusogea kwa mwili mkubwa unaochajiwa na umeme. Hii pia ni ya sasa, kwa kuwa hali kama hiyo inakidhi hali ya uhamishaji wa malipo ulioelekezwa.
Mifano yote hapo juu inapaswa kuzingatiwa kama harakati iliyopangwa ya chembe zilizochajiwa. Sasa hii inaitwa convection au uhamisho wa sasa. Sifa zake, kwa mfano, sumaku, zinafanana kabisa na zile za mikondo ya upitishaji.
Upendeleo wa sasa
Kuna jambo ambalo halihusiani na uhamishaji wa malipo na hutokea pale ambapo kuna uwanja wa umeme unaobadilika wakati ambao una sifa ya upitishaji "halisi" au mikondo ya uhamishaji: husisimua uga wa sumaku unaopishana. Hii nihutokea, kwa mfano, katika mzunguko wa sasa wa kubadilisha kati ya sahani za capacitors. Jambo hilo huambatana na uhamishaji wa nishati na huitwa displacement current.
Kwa hakika, thamani hii inaonyesha jinsi uwekaji wa sehemu ya umeme unavyobadilika kwa haraka kwenye uso fulani unaoendana na mwelekeo wa vekta yake. Dhana ya induction ya umeme inajumuisha nguvu za shamba na vectors polarization. Katika utupu, mvutano tu huzingatiwa. Kuhusu michakato ya sumakuumeme katika jambo, mgawanyiko wa molekuli au atomi, ambayo, inapofunuliwa kwenye shamba, harakati ya kufungwa (sio bure!) Malipo hufanyika, hutoa mchango fulani kwa sasa ya uhamisho katika dielectri au kondakta.
Jina lilianzia karne ya 19 na ni la masharti, kwa kuwa mkondo halisi wa umeme ni mwendo ulioamriwa wa chembe zinazochajiwa. Uhamisho wa sasa hauhusiani na utelezi wa chaji. Kwa hivyo, kusema kweli, sio mkondo.
Maonyesho (vitendo) vya sasa
Usogeo ulioamuru wa chembe zilizochajiwa kila mara huambatana na matukio fulani ya kimaumbile, ambayo, kwa hakika, yanaweza kutumika kuhukumu ikiwa mchakato huu unafanyika au la. Inawezekana kugawanya matukio kama haya (vitendo vya sasa) katika vikundi vitatu kuu:
- Kitendo cha sumaku. Chaji ya umeme inayosonga lazima itengeneze uwanja wa sumaku. Ikiwa utaweka dira karibu na kondakta ambayo sasa inapita, mshale utageuka perpendicular kwa mwelekeo wa sasa hii. Kulingana na jambo hili, vifaa vya umeme vinafanya kazi, kuruhusu, kwa mfano, kubadilisha nishati ya umemekwenye mitambo.
- Athari ya joto. Ya sasa hufanya kazi ili kuondokana na upinzani wa kondakta, na kusababisha kutolewa kwa nishati ya joto. Hii ni kwa sababu, wakati wa kuteleza, chembe chembe zinazochajiwa hupitia kutawanyika kwenye vipengee vya kimiani ya fuwele au molekuli za kondakta na kuzipa nishati ya kinetiki. Ikiwa kimiani cha, tuseme, chuma kilikuwa cha kawaida kabisa, elektroni hazingeigundua (hii ni matokeo ya asili ya wimbi la chembe). Walakini, kwanza, atomi kwenye tovuti za kimiani zenyewe zinakabiliwa na mitetemo ya joto ambayo inakiuka utaratibu wake, na pili, kasoro za kimiani - atomi za uchafu, kutengana, nafasi - pia huathiri mwendo wa elektroni.
- Kitendo cha kemikali huzingatiwa katika elektroliti. Ioni zinazochajiwa kinyume, ambamo myeyusho wa elektroliti hutenganishwa, uwanja wa umeme unapowekwa, hutenganishwa kwa elektrodi kinyume, ambayo husababisha mtengano wa kemikali wa elektroliti.
Isipokuwa wakati mwendo ulioagizwa wa chembe zinazochajiwa ni mada ya utafiti wa kisayansi, humvutia mtu katika udhihirisho wake wa jumla. Sio mkondo wenyewe ambao ni muhimu kwetu, lakini matukio yaliyoorodheshwa hapo juu, ambayo husababisha, kutokana na mabadiliko ya nishati ya umeme katika aina nyingine.
Vitendo vyote vya sasa vina jukumu mbili katika maisha yetu. Katika baadhi ya matukio, ni muhimu kulinda watu na vifaa kutoka kwao, kwa wengine, kupata athari moja au nyingine inayosababishwa na uhamisho ulioelekezwa wa malipo ya umeme ni moja kwa moja.madhumuni ya anuwai ya vifaa vya kiufundi.
