Həm mikroskopik, həm də makroskopik fiziki hadisələrin böyük çeşidi elektromaqnit xarakterlidir. Bunlara sürtünmə və elastiklik qüvvələri, bütün kimyəvi proseslər, elektrik, maqnetizm, optika daxildir.
Elektromaqnit qarşılıqlı təsirinin belə təzahürlərindən biri yüklü hissəciklərin nizamlı hərəkətidir. Bu, həyatımızın təşkilindən tutmuş kosmos uçuşlarına qədər müxtəlif sahələrdə istifadə olunan demək olar ki, bütün müasir texnologiyaların mütləq zəruri elementidir.
Fenomenin ümumi konsepsiyası
Yüklənmiş hissəciklərin nizamlı hərəkətinə elektrik cərəyanı deyilir. Yüklərin belə hərəkəti müxtəlif mühitlərdə müəyyən hissəciklər, bəzən də kvazi hissəciklər vasitəsilə həyata keçirilə bilər.
Cari üçün ilkin şərtdirdəqiq nizamlı, yönləndirilmiş hərəkət. Yüklənmiş hissəciklər (neytral olanlar kimi) termal xaotik hərəkətə malik olan cisimlərdir. Bununla belə, cərəyan yalnız bu davamlı xaotik prosesin fonunda yüklərin müəyyən istiqamətdə ümumi hərəkəti olduqda baş verir.
Bütövlükdə elektrik neytral olan bir cisim hərəkət etdikdə, onun atom və molekullarındakı hissəciklər, təbii ki, bir istiqamətdə hərəkət edir, lakin neytral cisimdə əks yüklər bir-birini kompensasiya etdiyinə görə, yük ötürülməsi olmur, və biz cari haqqında danışa bilərik ki, bu halda da məntiq yoxdur.
Cərəyan necə yaranır
Birbaşa cərəyan həyəcanının ən sadə versiyasını nəzərdən keçirək. Ümumi halda yük daşıyıcılarının mövcud olduğu mühitə elektrik sahəsi tətbiq edilərsə, onda yüklü hissəciklərin nizamlı hərəkəti başlayacaq. Bu fenomen şarj sürüşməsi adlanır.
Onu qısaca aşağıdakı kimi təsvir etmək olar. Sahənin müxtəlif nöqtələrində potensial fərq (gərginlik) yaranır, yəni bu yüklərin böyüklüyü ilə əlaqədar bu nöqtələrdə yerləşən elektrik yüklərinin sahə ilə qarşılıqlı təsir enerjisi fərqli olacaqdır. Hər hansı bir fiziki sistem, məlum olduğu kimi, tarazlıq vəziyyətinə uyğun gələn minimum potensial enerjiyə meylli olduğundan, yüklü hissəciklər potensialların bərabərləşdirilməsi istiqamətində hərəkət etməyə başlayacaqlar. Başqa sözlə, sahə bu hissəcikləri hərəkət etdirmək üçün müəyyən işlər görür.
Potensiallar bərabərləşdikdə gərginlik yox olurelektrik sahəsi - yox olur. Eyni zamanda, yüklü hissəciklərin nizamlı hərəkəti, cərəyan da dayanır. Stasionar, yəni zamandan asılı olmayan bir sahə əldə etmək üçün müəyyən proseslərdə (məsələn, kimyəvi) enerjinin ayrılması səbəbindən yüklərin davamlı olaraq ayrıldığı və enerjiyə qidalandığı bir cərəyan mənbəyindən istifadə etmək lazımdır. elektrik sahəsinin mövcudluğunu qoruyan dirəklər.
Cərəyan müxtəlif yollarla əldə edilə bilər. Beləliklə, maqnit sahəsindəki dəyişiklik ona daxil edilən keçirici dövrədəki yüklərə təsir edir və onların yönəldilmiş hərəkətinə səbəb olur. Belə cərəyan induktiv adlanır.
Cərəyanın kəmiyyət xarakteristikası
Cərəyanın kəmiyyətcə təsvir olunduğu əsas parametr cərəyanın gücüdür (bəzən "dəyər" və ya sadəcə "cari" deyirlər). Müəyyən bir səthdən, adətən bir keçiricinin kəsişməsindən keçən vahid vaxtda elektrik enerjisinin miqdarı (yükün miqdarı və ya elementar yüklərin sayı) kimi müəyyən edilir: I=Q / t. Cari amperlə ölçülür: 1 A \u003d 1 C / s (saniyədə kulon). Elektrik dövrəsinin bölməsində cərəyan gücü birbaşa potensial fərqlə və əksinə - keçiricinin müqaviməti ilə bağlıdır: I \u003d U / R. Tam dövrə üçün bu asılılıq (Ohm qanunu) I=Ԑ/R+r kimi ifadə edilir, burada Ԑ mənbənin elektrohərəkətverici qüvvəsi, r isə onun daxili müqavimətidir.
Cərəyanın gücünün ona perpendikulyar olaraq yüklənmiş hissəciklərin nizamlı hərəkətinin baş verdiyi keçiricinin en kəsiyinə nisbətinə cərəyan sıxlığı deyilir: j=I/S=Q/St. Bu dəyər vahid ərazidən vaxt vahidinə axan elektrik miqdarını xarakterizə edir. Sahənin gücü E və mühitin elektrik keçiriciliyi σ nə qədər yüksək olarsa, cərəyan sıxlığı bir o qədər çox olar: j=σ∙E. Cari gücdən fərqli olaraq, bu kəmiyyət vektordur və müsbət yük daşıyan hissəciklərin hərəkəti boyunca istiqamətə malikdir.
Cari istiqamət və sürüşmə istiqaməti
Elektrik sahəsində, Coulomb qüvvələrinin təsiri altında yük daşıyan cisimlər, yük işarəsinin əksinə, cərəyan mənbəyinin qütbünə nizamlı bir hərəkət edəcəklər. Müsbət yüklü hissəciklər mənfi qütbə doğru sürüklənir (“mənfi”) və əksinə, sərbəst mənfi yüklər mənbənin “artı”sına çəkilir. Keçirici mühitdə hər iki işarənin yük daşıyıcıları varsa, hissəciklər eyni anda iki əks istiqamətdə hərəkət edə bilər.
Tarixi səbəblərə görə ümumiyyətlə qəbul edilir ki, cərəyan müsbət yüklərin hərəkət etdiyi şəkildə - "artı"dan "mənfi"yə doğru istiqamətlənir. Qarışıqlığın qarşısını almaq üçün yadda saxlamaq lazımdır ki, metal keçiricilərdə cərəyanın ən tanış vəziyyətində hissəciklərin - elektronların həqiqi hərəkəti təbii ki, əks istiqamətdə baş versə də, bu şərti qayda həmişə tətbiq olunur.
Cari yayılma və sürüşmə sürəti
Çox vaxt cari hərəkətin nə qədər sürətli olduğunu anlamaqda problemlər olur. İki fərqli anlayışı qarışdırmaq olmaz: cərəyanın yayılma sürəti (elektriksiqnal) və hissəciklərin sürüşmə sürəti - yük daşıyıcıları. Birincisi, elektromaqnit qarşılıqlı təsirinin ötürüldüyü və ya eyni olan sahənin yayıldığı sürətdir. O, (yayılma mühiti nəzərə alınmaqla) vakuumda işığın sürətinə yaxındır və demək olar ki, 300.000 km/s təşkil edir.
Zərrəciklər nizamlı hərəkətlərini çox yavaş edir (10-4–10-3 m/s). Sürünmə sürəti tətbiq olunan elektrik sahəsinin onlara təsir etdiyi intensivlikdən asılıdır, lakin bütün hallarda hissəciklərin istilik təsadüfi hərəkətinin sürətindən bir neçə dərəcə aşağıdır (105 –106m/s). Anlamaq lazımdır ki, sahənin təsiri altında bütün pulsuz yüklərin eyni vaxtda sürüşməsi başlayır, beləliklə cərəyan dərhal bütün keçiricidə görünür.
Cərəyan növləri
İlk növbədə cərəyanlar zamanla yük daşıyıcılarının davranışı ilə seçilir.
- Sabit cərəyan hissəciklərin hərəkətinin nə böyüklüyünü (gücünü), nə də istiqamətini dəyişməyən cərəyandır. Bu, yüklü hissəcikləri hərəkət etdirməyin ən asan yoludur və bu, həmişə elektrik cərəyanının öyrənilməsinin başlanğıcıdır.
- Dəyişən cərəyanda bu parametrlər zamanla dəyişir. Onun yaranması maqnit sahəsinin dəyişməsi (fırlanması) nəticəsində qapalı dövrədə baş verən elektromaqnit induksiya hadisəsinə əsaslanır. Bu vəziyyətdə elektrik sahəsi intensivlik vektorunu vaxtaşırı tərsinə çevirir. Müvafiq olaraq, potensialların əlamətləri dəyişir və onların dəyəri sıfır da daxil olmaqla bütün aralıq dəyərlərə "artı"dan "mənfi"yə keçir. Nəticə olaraqfenomen, yüklü hissəciklərin nizamlı hərəkəti hər zaman istiqamətini dəyişir. Belə bir cərəyanın böyüklüyü (adətən sinusoidal, yəni harmonik olaraq) maksimumdan minimuma qədər dəyişir. Alternativ cərəyan bu rəqslərin sürətinin tezliyi kimi mühüm xüsusiyyətinə malikdir - saniyədə tam dəyişmə dövrlərinin sayı.
Bu ən mühüm təsnifata əlavə olaraq, cərəyanlar arasında fərqlər həm də cərəyanın yayıldığı mühitə münasibətdə yük daşıyıcılarının hərəkətinin xarakteri kimi bir meyara görə edilə bilər.
keçirici cərəyanlar
Cərəyanın ən məşhur nümunəsi cismin (orta) daxilindəki elektrik sahəsinin təsiri altında yüklü hissəciklərin nizamlı, istiqamətləndirilmiş hərəkətidir. O, keçirici cərəyan adlanır.
Bərk cisimlərdə (metallar, qrafit, bir çox mürəkkəb materiallar) və bəzi mayelərdə (civə və digər metal ərimələri) elektronlar mobil yüklü hissəciklərdir. Bir keçiricidə nizamlı bir hərəkət, onların bir maddənin atomlarına və ya molekullarına nisbətən sürüşməsidir. Bu cür keçiriciliyə elektron deyilir. Yarımkeçiricilərdə yüklərin ötürülməsi elektronların hərəkəti hesabına da baş verir, lakin bir sıra səbəblərə görə cərəyanı təsvir etmək üçün dəlik anlayışından istifadə etmək rahatdır - hərəkət edən elektron boşluq olan müsbət kvazirəcik.
Elektrolitik məhlullarda cərəyanın keçməsi məhlulun bir hissəsi olan mənfi və müsbət ionların müxtəlif qütblərə - anod və katoda keçməsi hesabına həyata keçirilir.
Transfer cərəyanları
Qaz - normal şəraitdə dielektrik - kifayət qədər güclü ionlaşmaya məruz qaldıqda da keçirici ola bilər. Qazın elektrik keçiriciliyi qarışıqdır. İonlaşmış qaz artıq həm elektronların, həm də ionların, yəni bütün yüklü hissəciklərin hərəkət etdiyi bir plazmadır. Onların nizamlı hərəkəti plazma kanalı əmələ gətirir və qaz boşalması adlanır.
Yüklərin istiqamətləndirilmiş hərəkəti təkcə ətraf mühitin daxilində baş verə bilməz. Tutaq ki, müsbət və ya mənfi elektroddan yayılan elektron və ya ion şüası vakuumda hərəkət edir. Bu fenomen elektron emissiya adlanır və məsələn, vakuum cihazlarında geniş istifadə olunur. Təbii ki, bu hərəkət cərəyandır.
Digər bir hal elektrik yüklü makroskopik cismin hərəkətidir. Bu, həm də cərəyandır, çünki belə vəziyyət yönləndirilmiş ödəniş transferi şərtini ödəyir.
Yuxarıdakı bütün nümunələr yüklü hissəciklərin nizamlı hərəkəti kimi qəbul edilməlidir. Bu cərəyan konveksiya və ya ötürmə cərəyanı adlanır. Onun xassələri, məsələn, maqnit, keçirici cərəyanların xüsusiyyətlərinə tamamilə bənzəyir.
Qərəzli cərəyan
Yük ötürülməsi ilə heç bir əlaqəsi olmayan və "real" keçiricilik və ya ötürmə cərəyanları xüsusiyyətinə malik zamanla dəyişən elektrik sahəsinin olduğu yerdə baş verən bir hadisə var: o, dəyişən maqnit sahəsini həyəcanlandırır. buməsələn, kondansatörlərin plitələri arasında dəyişən cərəyan dövrələrində baş verir. Bu fenomen enerjinin ötürülməsi ilə müşayiət olunur və yerdəyişmə cərəyanı adlanır.
Əslində bu dəyər elektrik sahəsinin induksiyasının vektorunun istiqamətinə perpendikulyar olan müəyyən səthdə nə qədər tez dəyişdiyini göstərir. Elektrik induksiyası anlayışına sahə gücü və qütbləşmə vektorları daxildir. Vakuumda yalnız gərginlik nəzərə alınır. Maddədəki elektromaqnit proseslərinə gəlincə, molekulların və ya atomların qütbləşməsi, hansısa sahəyə məruz qaldıqda bağlı (sərbəst deyil!) yüklərin hərəkəti baş verir, dielektrikdə və ya keçiricidə yerdəyişmə cərəyanına müəyyən töhfə verir.
Ad 19-cu əsrdə yaranıb və şərtidir, çünki həqiqi elektrik cərəyanı yüklü hissəciklərin nizamlı hərəkətidir. Yerdəyişmə cərəyanının yük sürüşməsi ilə heç bir əlaqəsi yoxdur. Buna görə də, dəqiq desək, bu, cərəyan deyil.
Carinin təzahürləri (hərəkətləri)
Yüklənmiş hissəciklərin nizamlı hərəkəti həmişə müəyyən fiziki hadisələrlə müşayiət olunur ki, bu da əslində bu prosesin baş verib-vermədiyini mühakimə etmək üçün istifadə edilə bilər. Belə hadisələri (cari hərəkətləri) üç əsas qrupa bölmək olar:
- Maqnit hərəkəti. Hərəkət edən elektrik yükü mütləq maqnit sahəsi yaradır. Əgər cərəyanın keçdiyi bir keçiricinin yanına bir kompas qoysanız, ox bu cərəyanın istiqamətinə perpendikulyar dönəcək. Bu fenomenə əsaslanaraq, məsələn, elektrik enerjisini çevirməyə imkan verən elektromaqnit cihazları işləyir.mexaniki.
- Termal effekt. Cərəyan dirijorun müqavimətini dəf etmək üçün işləyir və nəticədə istilik enerjisi buraxılır. Bunun səbəbi, sürüşmə zamanı yüklü hissəciklərin kristal qəfəsin elementləri və ya keçirici molekullar üzərində səpələnməsini yaşayır və onlara kinetik enerji verir. Əgər, məsələn, metalın qəfəsi mükəmməl nizamlı olsaydı, elektronlar bunu praktiki olaraq hiss etməzdilər (bu, hissəciklərin dalğa təbiətinin nəticəsidir). Bununla belə, birincisi, qəfəs yerlərindəki atomların özləri onun qanunauyğunluğunu pozan istilik titrəyişlərinə məruz qalırlar, ikincisi, qəfəs qüsurları - çirkli atomlar, dislokasiyalar, boşluqlar da elektronların hərəkətinə təsir göstərir.
- Kimyəvi təsir elektrolitlərdə müşahidə olunur. Elektrik sahəsi tətbiq edildikdə elektrolitik məhlulun dissosiasiya olunduğu əks yüklü ionlar əks elektrodlara ayrılır ki, bu da elektrolitin kimyəvi parçalanmasına səbəb olur.
Yüklü zərrəciklərin nizamlı hərəkəti elmi tədqiqat predmeti olduğu hallar istisna olmaqla, o, insanı makroskopik təzahürləri ilə maraqlandırır. Bizim üçün cərəyanın özü deyil, elektrik enerjisinin başqa formalara çevrilməsi nəticəsində yaratdığı yuxarıda sadalanan hadisələr önəmlidir.
Bütün cari hərəkətlər həyatımızda ikili rol oynayır. Bəzi hallarda insanları və avadanlıqları onlardan qorumaq lazımdır, digərlərində elektrik yüklərinin yönəldilmiş ötürülməsi nəticəsində yaranan bu və ya digər effektin əldə edilməsi birbaşadır.müxtəlif texniki cihazların məqsədi.
