Rezumat curent electric continuu

apariție a condițiilor actuale.

Electric apel curent mișcare îndreptată de particule încărcate. Caracteristicile cantitative sunt curente (raportul de încărcare: transferate prin intermediul secțiunii transversale în unitatea de timp) sa amperaj:

și densitatea sa este definită de relația:

.

Unitatea de măsură este Amperi de curent (1A - valoarea caracteristică a curentului consumat de aparate de uz casnic electrice de încălzire).

Condițiile necesare pentru existența curentului sunt prezența purtatori de sarcina, iar circuit închis sursa EMF (baterie) care susține mișcarea direcțională.

Curentul electric poate exista in diferite medii: metale, vacuum, gaze, soluții de electroliți și se topește în plasmă, în semiconductori în țesutul organismelor vii.

Când curentul curge aproape întotdeauna o interacțiune a transportatorilor cu mediul înconjurător, însoțit de transferul de energie către acesta din urmă sub formă de căldură. Rolul sursei de CEM este tocmai pentru a compensa pierderile de căldură în circuitele.

Curentul electric din metale este cauzată de mișcarea relativă a electronilor liberi prin rețeaua cristalină. Motivele pentru existența electronilor liberi într-o formă de cristale conductoare poate fi explicată doar în termenii mecanicii cuantice.

Experiența arată că puterea curentului electric care curge printr-un conductor este proporțională cu diferența de potențial aplicată la capetele sale (legea lui Ohm). Permanent pentru factorul de proporționalitate conductor selectat dintre curent și tensiune se numește rezistență electrică:

Rezistența este măsurată în ohmi (rezistența corpului uman este de aproximativ 1000 ohmi). Rezistența conductorului electric crește ușor cu creșterea temperaturii. Acest lucru se datorează faptului că în timpul încălzirii cristalului cu zăbrele amplifică vibrațiile situri termice aleatorii, care împiedică electronii mișcării dirijate. În multe probleme de cont direct al vibrațiilor zăbrele este foarte consumatoare de timp. Pentru a simplifica interacțiunea electronilor cu noduri oscilante este convenabil să le înlocuiască prin ciocniri cu particule de gaze cu particule ipotetice - fononi, ale căror proprietăți sunt alese astfel încât să se obțină cât mai aproape de realitate și descrierea pot fi furnizate mai degrabă exotică. Obiectele de acest tip sunt populare in fizica, numit cvasiparticulelor. În plus față de interacțiunile cu vibrații zăbrele mișcare de electroni în cristal poate preveni dislocare - tulburări zăbrele regularitate. Interacțiunea cu luxații joacă un rol decisiv la temperaturi scăzute, în cazul în care fluctuațiile termice sunt practic absente.

Anumite materiale la temperaturi foarte scăzute pierd rezistență electrică în totalitate, trecerea într-o stare de conducție. Curentul în aceste medii pot exista nici EMF, deoarece pierderile de energie în timpul coliziunii electronilor cu fononii, și fără dislocări. Creați materiale care rămân la sverhpovodyaschee (camera) temperaturi relativ ridicate și curenți slabi este o sarcină foarte importantă care ar fi făcut o adevărată revoluție în sectorul energetic modern, astfel cum a permis să transmită energie electrică pe distanțe lungi, fără nici o pierdere de căldură.

La momentul respectiv, curentul electric din metale este utilizat în principal pentru transformarea energiei electrice în energie termică (încălzitoare, surse de lumină) sau mecanice (motoare electrice). În acest din urmă caz, curentul electric este folosit ca sursă de câmpuri magnetice, care interacționează cu alte forțe cauze curente.

Curentul electric în vid, strict vorbind, nu este posibil din cauza lipsei de sarcini electrice libere în aceasta. Cu toate acestea, unele materiale conductoare prin încălzire sau iradiere a luminii sunt capabile să emită electroni de la suprafața sa (emisia termoionic și photoemission), care sunt capabile să mențină un curent electric, se deplasează de la catod la celălalt (pozitiv) electrod - anod. Atunci când se aplică o tensiune negativă la curent anodic în circuitul este întrerupt. proprietate Descris determină utilizarea pe scară largă a dispozitivelor electronice în dispozitive electronice de rectificare a curentului alternativ. Până recent, alte dispozitive electronice sunt utilizate pe scară largă ca semnale electrice amplificatoare. Ele sunt acum înlocuite aproape în totalitate de dispozitive semiconductoare.

Curentul electric din gazele de la prima vedere, nu poate exista din cauza absenței particulelor incarcate (electroni liberi din atomii și moleculele de gaz ferm „legat“ cu forțe electrostatice nuclee). Cu toate acestea, energia de transmisie de aproximativ 10 atom eV (energia achiziționată de un electron liber la trecerea printr-o diferență de potențial de 10 V), acesta din urmă se deplasează în stare ionizata (un electron se deplasează departe de nucleu de o distanta arbitrar de mare). Gazele, la temperatura camerei, prezintă întotdeauna o cantitate foarte mică de atomi ionizați care au apărut prin radiație cosmică (fotoionizare). Atunci când introduc un astfel de gaz în câmpul electric al particulelor încărcate încep să accelereze prin trecerea atomilor neutri de energie cinetică și le culegătorie ionizante. Ca rezultat, se dezvoltă un proces de avalanșă crește numărul de electroni liberi și ioni - o descărcare electrică. Caracteristica descărcării strălucire asociată cu eliberarea de energie asupra recombinarea electroni și ioni pozitivi. Tipurile de descărcări electrice sunt foarte variate și depind în mare măsură de compoziția gazului și condițiile de mediu.

Substanța care conține un amestec de atomi neutri, electroni liberi și ioni pozitivi, numit plasma. Plasma rezultată dintr-o relativ joasă tensiune descărcări electrice (de ex. În tuburi „lumina zilei“) se caracterizează prin concentrații foarte scăzute de particule încărcate în comparație cu neutru (). In general, aceasta se numește o temperatură scăzută, ca atomi și ioni aproape de temperatura camerei. Energia medie este de electroni mult mai ușor este mult mai mare. astfel plasma de temperatură joasă este semnificativ non-echilibru, mediu deschis. După cum sa menționat, în astfel de medii sunt posibile procese de organizare. Un bine cunoscut exemplu este producerea de lasere cu gaz de plasmă de radiație foarte coerente ordonată.

Plasma poate fi, de asemenea, în echilibru termodinamic. Pentru existența sa necesită o temperatură foarte ridicată (la care energia de mișcare termică este comparabilă cu energia de ionizare). Astfel de temperaturi există pe suprafața solară, poate avea loc la o descărcări electrice foarte puternice (fulgere), în timpul exploziilor nucleare. Aceasta se numește plasmă fierbinte.

Pământul este suficient de bun conductor de curent electric (în comparație cu aer uscat). La o altitudine de 50 km radiații ionizante cauzează ionosferă exterior prezența - un strat de gaz puternic ionizat. Măsurătorile arată că există o diferență de potențial mare între ionosferă și suprafața pământului (aproximativ 5.000.000 B), în care ionosfera este pozitiv în ceea ce privește taxa Zamli. Prezența potențială diferență între pământ și „cer“ dă naștere la o densitate de curent foarte scăzută (A /), chiar și într-un slab conductor ca de aer. Totalul curent vine la suprafața planetei este foarte mare (aprox. A), iar puterea este comparabilă cu capacitatea tuturor centralelor electrice construite (W) alocate acestora. O întrebare firească apare cu privire la mecanismul de menținere diferență de potențial a spus și motivele pe care prezența sa nu este încă utilizat de către om.

Acesta este acum stabilit că un mecanism important de percepere a „cerul“ sunt relativ la furtuni de pământ. picături de apă și cristale de gheață, se deplasează în jos la partea de jos thundercloud colectate disponibile în prezent în atmosfera de sarcini negative și, astfel, percepută parte a unui nor de furtună mai mic de energie electrică negativă la potențialul de multe ori mai mare decât potențialul pământului. Ca rezultat, îndreptat în direcția opusă comparativ cu câmpul prezent în vreme senin între pământ și nor apare câmp electric foarte ridicat. Lângă suprafața pământului cu proeminente obiecte conductoare, acest câmp este îmbunătățită în continuare și este suficient pentru a ioniza gazul, care crește cu legea avalanșă. Rezultatul este o descărcare electrică foarte puternic, numit fulgere. Contrar credintei populare, fulger începe pe Pământ și o palmă în nor, mai degrabă decât invers.

Caracteristic pentru vreme clare intensitatea câmpului electric de 100V / m nu sunt posibile, nu numai de a utiliza, dar chiar se simt, cu toate că o creștere umană înălțime egală, în absența acestuia, generează o diferență de potențial de aproximativ 200V. Motivul pentru aceasta este conductivitatea redusă a aerului și, în consecință, densitatea de curent scăzută pe suprafața curenților de pământ. Introducere în circuitul electric al unei coloane de aer șunt-picior bun conductor (uman), practic nu se schimba rezistența totală a circuitului „cer-pământ“, în care curent rămâne constantă. Provocate le căderea de tensiune pe corpul uman este de aproximativ U = IR = 0.2mkV care este cu mult sub pragul de sensibilitate al organismului.

Curentul electric în țesuturile vii.

Rolul important al impulsurilor electrice pentru viața organismelor presupuse a fi în urmă cu mai mult de 200 de ani. Este cunoscut faptul că aceste impulsuri sunt folosite pentru controlul funcționării organismelor și transferul de informații între ele în procesul de viață. Rolul de cabluri pentru transmiterea semnalelor în complexul „computer biologic“ joc al nervilor, care se bazează pe celule extrem de specializate - neuroni. Funcții majore ale acestor celule - recepția, prelucrarea și amplificarea semnalelor electrice. Neuronii comunica unul cu altul într-o „rețea“, prin intermediul unor proeminențe alungite speciale - axoni care transportă funcția de conductori. Studii de propagare a semnalelor electrice în axonii efectuate împreună biologi, chimiști și fizicieni în 30-60 ani ai acestui secol, și au fost printre primele exemple de succes de cooperare fructuoasă științelor aliate.

După cum sa dovedit, proprietățile impulsurilor electrice se propagă în axonii diferă foarte mult de convenționale pentru aparatele electrice: 1) viteza de propagare a lungul impulsurilor Axon este de mai multe ordine de mărime mai mică decât caracteristica de metal; 2) după trecerea impulsului electric există un timp „mort“, în timpul căreia următorul impuls de distribuție este imposibilă; 3) Există o tensiune de prag (impulsuri cu amplitudine sub pragul nu se aplică); 4) creșterea lentă a tensiunii, chiar înainte de depășirea valorilor de prag ale impulsului de-a lungul unui axon nu este trecut ( „cazare“).

Aceste caracteristici electrice axoni necaracteristice tradiționale conducție a găsit explicații în cadrul mecanismului electro-chimice foarte specific, partea centrală a care aparține membranei celulare semipermeabil separarea ionilor conținând concentrație anormal de mare de ioni de K + și joasă - Na + volumul celular intern (și axon acestuia) din mediul umplut cu ser fiziologic. Ca rezultat, mișcarea termică aleatorie a particulelor prin limita dintre regiuni cu diferite concentrații de ioni pozitivi cu fluxuri de difuzie (K + - în afara celulei, Na + - in interiorul acestuia), ale căror viteze sunt reglementate permeabilitatea membranei celulare și diferența de potențial electric pe ambele părți ale acestuia. Modificări în permeabilitatea membranei pentru fiecare dintre ionii determină o modificare a numărului de particule încărcate care traversează granița, și, prin urmare, la o schimbare în potențialul relativ electric pentru a Axon mediul extern. Experimentele au arătat că conductivitatea porțiunii de membrană se modifică în funcție de diferența de potențial aplicat pe acesta. astfel furnizat la porțiunea Axon schimbă pulsul electric pentru o perioadă scurtă de timp (în funcție de proprietățile Axon), conductivitatea membranei, ceea ce duce la o redistribuire a pulsului și încărcare îmbunătățirea formării sale margine posterioară. În acest caz, Axon, în același timp, joacă rolul unui conductor, și „armare substații - repetoare“ care să evite atenuarea semnalelor transmise în organism pentru o distanță destul de lungă.

Este interesant faptul că o problemă foarte asemănătoare cu cea care a fost rezolvata prin natura lor, chiar înainte de deschiderea mecanismului Axon de conducere a trebuit să fie abordată în radio atunci când încearcă să organizeze o conexiune prin cablu trans-Atlantic. Pentru a evita atenuarea și denaturarea într-un semnal de linie lungă, cablul trebuia să fie împărțită în legături relativ scurte între care au fost introduse amplificatoare. Experiența acumulată de fizicieni pentru a crea linii de cablu lung a atenua în mare măsură problema mecanismului de conductivitatea electrică a axonului.