Was ist die gerichtete Bewegung geladener Teilchen? Für viele ein unverständlicher Bereich, aber eigentlich ist alles ganz einfach. Wenn sie also von der gerichteten Bewegung geladener Teilchen sprechen, meinen sie Strom. Lassen Sie uns einen Blick auf seine Hauptmerkmale und -formulierungen werfen und Sicherheitsprobleme bei der Arbeit damit berücksichtigen.
Allgemeine Informationen
Beginne mit einer Definition. Unter elektrischem Strom versteht man immer die geordnete (gerichtete) Bewegung geladener Teilchen, die unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes erfolgt. Welche Art von Objekten kommen in diesem Fall in Frage? Teilchen bedeuten Elektronen, Ionen, Protonen, Löcher. Es ist auch wichtig zu wissen, wie hoch die Stromstärke ist. Das ist die Anzahl geladener Teilchen, die pro Zeiteinheit durch den Querschnitt des Leiters fließen.
Art des Phänomens
Alle physikalischen Substanzen bestehen aus Molekülen, die aus Atomen gebildet werden. Sie sind auch nicht das endgültige Material, weil sie Elemente enth alten (ein Kern und Elektronen, die sich darum drehen). Alle chemischen Reaktionen werden von der Bewegung von Teilchen begleitet. Zum Beispiel werden einige Atome unter Beteiligung von Elektronen einen Mangel erfahren, während andere einen Überschuss erfahren. In diesem Fall haben die Substanzen entgegengesetzte Ladungen. Wenn es zu ihrem Kontakt kommt, tendieren die Elektronen von einem zum anderen.
Eine solche physikalische Natur von Elementarteilchen erklärt das Wesen des elektrischen Stroms. Diese Richtungsbewegung geladener Teilchen wird fortgesetzt, bis sich die Werte ausgleichen. In diesem Fall ist die Reaktion auf Änderungen eine Kette. Mit anderen Worten, statt des abgereisten Elektrons kommt ein anderes an seine Stelle. Als Ersatz dienen Teilchen des Nachbaratoms. Aber die Kette endet auch hier nicht. Ein Elektron kann zum Beispiel auch vom Minuspol der Quelle des fließenden Stroms zum äußersten Atom gelangen.
Ein Beispiel für eine solche Situation ist eine Batterie. Von der negativen Seite des Leiters bewegen sich die Elektronen zum positiven Pol der Quelle. Wenn alle Partikel in der negativ infizierten Komponente aufgebraucht sind, stoppt der Strom. In diesem Fall spricht man von einer leeren Batterie. Wie groß ist die Geschwindigkeit der gerichteten Bewegung geladener Teilchen, die sich auf diese Weise bewegen? Die Beantwortung dieser Frage ist nicht so einfach, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag.
Die Rolle von Stress
Wofür wird dieses Konzept verwendet? Spannung ist eine Eigenschaft eines elektrischen Feldes, das ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten, die sich darin befinden. Für viele mag dies verwirrend erscheinen. Wenn es um die gerichtete (geordnete) Bewegung geladener Teilchen geht, müssen Sie die Spannung verstehen.
Stellen wir uns vor, wir hätten einen einfachen Dirigenten. Dies kann ein Draht aus Metall sein, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. In unserem Fall ist dies nicht so wichtig. Die Masse eines Elektrons ist 9,10938215(45)×10-31kg. Dies bedeutet, dass es ziemlich materiell ist. Aber das Leitermetall ist fest. Wie können dann Elektronen durch sie fließen?
Warum können Metallprodukte Strom enth alten
Wenden wir uns den Grundlagen der Chemie zu, die jeder von uns in der Schule lernen konnte. Wenn die Anzahl der Elektronen in der Substanz gleich der Anzahl der Protonen ist, ist die Neutralität des Elements gewährleistet. Basierend auf dem Periodengesetz von Mendeleev wird festgelegt, mit welcher Substanz umgegangen werden muss. Sie hängt von der Anzahl der Protonen und Neutronen ab. Es ist unmöglich, den großen Unterschied zwischen den Massen des Kerns und der Elektronen zu ignorieren. Wenn sie entfernt werden, bleibt das Gewicht des Atoms praktisch unverändert.
Zum Beispiel ist die Masse eines Protons ungefähr 1836 größer als der Wert eines Elektrons. Aber diese mikroskopisch kleinen Teilchen sind sehr wichtig, weil sie einige Atome leicht verlassen und sich anderen anschließen können. Gleichzeitig führt eine Abnahme oder Zunahme ihrer Anzahl zuum die Ladung des Atoms zu ändern. Betrachten wir ein einzelnes Atom, so ist seine Elektronenzahl immer variabel. Sie gehen ständig weg und kommen wieder. Dies ist auf thermische Bewegung und Energieverlust zurückzuführen.
Chemische Spezifität eines physikalischen Phänomens
Geht bei einer gerichteten Bewegung elektrisch geladener Teilchen nicht die Atommasse verloren? Ändert sich die Zusammensetzung des Dirigenten? Dies ist ein sehr wichtiges Missverständnis, das viele verwirrt. Die Antwort ist in diesem Fall nur negativ. Dies liegt daran, dass chemische Elemente nicht durch ihre Atommasse bestimmt werden, sondern durch die Anzahl der Protonen, die sich im Kern befinden. Die An- oder Abwesenheit von Elektronen/Neutronen spielt dabei keine Rolle. In der Praxis sieht das so aus:
- Elektronen addieren oder subtrahieren. Es stellt sich heraus, dass es sich um ein Ion handelt.
- Addiere oder subtrahiere Neutronen. Es stellt sich heraus, dass es sich um ein Isotop handelt.
Das chemische Element ändert sich nicht. Aber bei Protonen ist die Situation anders. Wenn es nur einer ist, dann haben wir Wasserstoff. Zwei Protonen - und wir sprechen von Helium. Die drei Teilchen sind Lithium. Usw. Wer sich für die Fortsetzung interessiert, kann sich das Periodensystem anschauen. Denken Sie daran: Auch wenn ein Strom tausendmal durch einen Leiter geleitet wird, ändert sich seine chemische Zusammensetzung nicht. Aber vielleicht anders.
Elektrolyte und andere interessante Punkte
Elektrolyte haben die Besonderheit, dass sich ihre chemische Zusammensetzung ändert. Dann, unter dem Einfluss von Strom,elektrolytische Elemente. Wenn ihr Potenzial erschöpft ist, hört die gerichtete Bewegung geladener Teilchen auf. Dies liegt daran, dass Ladungsträger in Elektrolyten Ionen sind.
Außerdem gibt es chemische Elemente ohne Elektronen. Ein Beispiel wäre:
- Atomischer kosmischer Wasserstoff.
- Alle Substanzen, die sich im Plasmazustand befinden.
- Gase in der oberen Atmosphäre (nicht nur auf der Erde, sondern auch auf anderen Planeten mit Luftmassen).
- Inh alte von Beschleunigern und Collidern.
Es sollte auch beachtet werden, dass einige Chemikalien unter dem Einfluss eines elektrischen Stroms buchstäblich zerbröckeln können. Ein bekanntes Beispiel ist eine Sicherung. Wie sieht es auf Mikroebene aus? Die sich bewegenden Elektronen schieben die Atome auf ihren Weg. Wenn der Strom sehr stark ist, kann das Kristallgitter des Leiters nicht standh alten und wird zerstört, und die Substanz wird geschmolzen.
Zurück zur Geschwindigkeit
Zuvor wurde dieser Punkt nur oberflächlich angerissen. Sehen wir uns das jetzt genauer an. Es sollte beachtet werden, dass das Konzept der Geschwindigkeit der gerichteten Bewegung geladener Teilchen in Form eines elektrischen Stroms nicht existiert. Dies liegt daran, dass verschiedene Werte miteinander verflochten sind. Ein elektrisches Feld breitet sich also durch einen Leiter mit einer Geschwindigkeit aus, die der Bewegung des Lichts nahe kommt, also etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde.
Unter seinem Einfluss beginnen sich alle Elektronen zu bewegen. Aber ihre Geschwindigkeitsehr klein. Sie beträgt etwa 0,007 Millimeter pro Sekunde. Gleichzeitig rauschen sie auch zufällig in thermischer Bewegung umher. Bei Protonen und Neutronen ist die Situation anders. Sie sind zu groß, als dass ihnen dieselben Ereignisse passieren könnten. In der Regel ist es nicht notwendig, über ihre Geschwindigkeit zu sprechen, die dem Wert des Lichts nahe kommt.
Physikalische Parameter
Sehen wir uns nun aus physikalischer Sicht an, was die Bewegung geladener Teilchen in einem elektrischen Feld ist. Stellen wir uns dazu vor, dass wir einen Karton haben, der 12 Flaschen kohlensäureh altiges Getränk enthält. Gleichzeitig wird versucht, dort einen weiteren Container zu platzieren. Nehmen wir an, es ist gelungen. Aber die Kiste hat nur knapp überlebt. Wenn Sie versuchen, eine weitere Flasche hineinzustellen, zerbricht sie und alle Behälter fallen heraus.
Der betreffende Kasten kann mit dem Querschnitt eines Leiters verglichen werden. Je höher dieser Parameter (dickerer Draht), desto mehr Strom kann er liefern. Diese bestimmt, welches Volumen die gerichtete Bewegung geladener Teilchen haben kann. In unserem Fall kann eine Kiste mit einer bis zwölf Flaschen problemlos ihren Zweck erfüllen (sie wird nicht platzen). Analog können wir sagen, dass der Leiter nicht brennt.
Wenn Sie den angegebenen Wert überschreiten, schlägt das Objekt fehl. Bei einem Leiter kommt der Widerstand ins Spiel. Das Ohmsche Gesetz beschreibt die gerichtete Bewegung elektrisch geladener Teilchen sehr gut.
Zusammenhang zwischen verschiedenen physikalischen Parametern
Pro KartonAus unserem Beispiel können Sie einen weiteren hinzufügen. In diesem Fall können nicht 12, sondern bis zu 24 Flaschen pro Flächeneinheit aufgestellt werden. Wir fügen noch einen hinzu - und es gibt sechsunddreißig von ihnen. Einer der Kästchen kann als physikalische Einheit betrachtet werden, analog zur Spannung.
Je breiter es ist (und damit den Widerstand verringert), desto mehr Flaschen (die in unserem Beispiel den Strom ersetzen) können platziert werden. Indem Sie den Kistenstapel erhöhen, können Sie zusätzliche Behälter pro Flächeneinheit platzieren. In diesem Fall steigt die Leistung. Die Dose (Leiter) wird dadurch nicht zerstört. Hier ist eine Zusammenfassung dieser Analogie:
- Die Gesamtzahl der Flaschen erhöht die Leistung.
- Die Anzahl der Behälter in der Box gibt die aktuelle Stärke an.
- Anhand der Anzahl Kästchen in der Höhe können Sie die Spannung beurteilen.
- Die Breite des Kästchens gibt eine Vorstellung vom Widerstand.
Mögliche Gefahren
Wir haben bereits besprochen, dass die gerichtete Bewegung geladener Teilchen als Strom bezeichnet wird. Es sollte beachtet werden, dass dieses Phänomen für die menschliche Gesundheit und sogar für das Leben gefährlich sein kann. Hier ist eine Zusammenfassung der Eigenschaften des elektrischen Stroms:
- Sorgt für eine Erwärmung des Leiters, durch den es fließt. Wenn das Stromnetz im Haush alt überlastet ist, verkohlt und bröckelt die Isolierung allmählich. Dadurch besteht die Möglichkeit eines Kurzschlusses, was sehr gefährlich ist.
- Elektrischer Strom trifft sich, wenn er durch Haush altsgeräte und Leitungen fließtWiderstand von Elementen, die Materialien bilden. Daher wählt es den Pfad, der den Mindestwert für diesen Parameter hat.
- Bei einem Kurzschluss steigt die Stromstärke stark an. Dadurch wird eine erhebliche Menge an Wärme freigesetzt. Es kann Metall schmelzen.
- Durch eindringende Feuchtigkeit kann es zu einem Kurzschluss kommen. In den zuvor besprochenen Fällen leuchten Objekte in der Nähe auf, aber in diesem Fall leiden immer Menschen.
- Stromschlag birgt erhebliche Gefahren. Es ist sehr wahrscheinlich sogar tödlich. Wenn ein elektrischer Strom durch den menschlichen Körper fließt, wird der Widerstand des Gewebes stark reduziert. Sie beginnen zu heizen. Dabei werden Zellen zerstört und Nervenenden absterben.
Sicherheitsprobleme
Um die Exposition gegenüber elektrischem Strom zu vermeiden, müssen Sie eine spezielle Schutzausrüstung tragen. Arbeiten sollten in Gummihandschuhen unter Verwendung einer Matte aus dem gleichen Material, Entladungsstangen sowie Erdungsvorrichtungen für Arbeitsplätze und Geräte durchgeführt werden.
Stromkreissch alter mit verschiedenen Schutzfunktionen haben sich als gute Geräte erwiesen, die das Leben einer Person retten können.
Außerdem sollte man grundlegende Sicherheitsvorkehrungen beim Arbeiten nicht vergessen. Kommt es zu einem Brand elektrischer Geräte, dürfen nur Kohlendioxid- und Pulver-Feuerlöscher verwendet werden. Letztere zeigen die besten Ergebnisse bei der Brandbekämpfung, aber verstaubte Geräte können nicht immer wiederhergestellt werden.
Schlussfolgerung
Anhand von für jeden Leser verständlichen Beispielen haben wir herausgefunden, dass die geordnete gerichtete Bewegung geladener Teilchen elektrischer Strom genannt wird. Dies ist ein sehr interessantes Phänomen, das sowohl aus physikalischer als auch aus chemischer Sicht wichtig ist. Elektrischer Strom ist ein unermüdlicher Helfer des Menschen. Es muss jedoch sorgsam damit umgegangen werden. Der Artikel diskutiert Sicherheitsaspekte, die beachtet werden sollten, wenn kein Todeswunsch besteht.
