Обобщение пряк електрически ток

поява на текущите условия.

Електрически ток повикване насочено движение на заредени частици. Количествени характеристики са настоящата си (съотношение заряд: прехвърля през напречното сечение в единица време) ток:

и нейната плътност се определя от съотношението:

.

Мерната единица е ампери ток (1А - характерна стойност на консумирана от битови електрически отоплителни уреди ток).

Необходимите условия за съществуването на тока са наличието на свободни носители зареждане и EMF източника на затворена верига (батерия) подкрепа посока движение.

Електрическият ток може да съществува в различни среди: метали, вакуум, газове, електролити разтвори и се топи в плазмата, в полупроводници в тъканта на живите организми.

Когато ток протича почти винаги взаимодействие на носители с околната среда, придружени от прехвърлянето на енергия на последния под формата на топлина. Ролята на източника на ЕМП е именно, за да компенсира загубите на топлина във веригите.

Електрически ток в метали се дължи на относително движение на свободните електрони чрез кристалната решетка. Причините за наличието на свободни електрони след провеждане на кристали могат да бъдат обяснени само от гледна точка на квантовата механика.

Опитът показва, че силата на електрическия ток, протичащ през проводник е пропорционално на прилаганата потенциална разлика до нейните краища (закона на Ом). Стоейки на избрания фактор диригент пропорционалност между тока и напрежението се нарича електрическото съпротивление:

Устойчивост се измерва в омове (устойчивост на човешкото тяло е около 1000 ома). електрически съпротивление проводник слабо се повишава с повишаване на температурата. Това се дължи на факта, че по време на нагряването на кристалната решетка сайтове усилват произволни термични вибрации, което предотвратява електрони насочени движение. В много проблеми на пряката сметка на вибрациите решетка е много време. За опростяване на взаимодействието на електрони с колебания възли е удобно да ги замени с сблъсъци с частици газове хипотетични частици - фонони, чиито свойства са избрани така, че да се получи възможно най-близо до описание действителност и може да бъде предоставена по-скоро екзотични. Обекти от този тип са известни в областта на физиката, наречен квазичастици. В допълнение към взаимодействия с решетъчни вибрации движение на електроните в кристала може да предотврати разместване - разстройства решетка редовността. Взаимодействие с размествания играе решаваща роля при ниски температури, когато флуктуация са почти отсъства.

Някои материали при ниски температури губят електрическо съпротивление изцяло, минаваща през в състояние електропроводим. Токът в тези среди, може да няма EMF, тъй като загубите на енергия по време на сблъсъци с електронни фонони и никакви размествания. Създаване на материали, които остават sverhpovodyaschee на относително високи (стая) температури и ниски токове е много важна задача, която щеше да направи истинска революция в съвременния енергиен сектор, както е разрешено да предават електричество на дълги разстояния, без загуба на топлина.

По това време, на електрически ток в метали се използва главно за превръщане на електрическа енергия в топлинна енергия (нагреватели, източници на светлина) или механични (електродвигатели). Във втория случай, на електрическия ток се използва като източник на магнитни полета, които взаимодействат с други текущи причини сили.

Електрически ток във вакуум строго погледнато не е възможно поради липса на свободни електрически заряди в него. Въпреки това, някои проводим материал чрез нагряване или облъчване на светлина са способни да излъчват електрони от повърхността (катод емисии и фотоемисионна), които са в състояние да поддържат електрически ток, движещи се от катода към друга (положителен) електрод - анода. При прилагане на отрицателно напрежение на анод ток във веригата се прекъсва. Описан имот предизвиква широко разпространеното използване на електронни устройства в електронни устройства за коригиране на променливия ток. До сравнително наскоро, други електронни устройства са широко използвани като електрически сигнали усилватели. Сега те са почти изцяло заменени от полупроводникови устройства.

Електрическият ток в газове на пръв поглед не могат да съществуват поради липсата на свободни заредени частици (електроните в атомите и молекулите на газове твърдо "свързан" с ядра електростатични сили). Въпреки това, енергията предаване на около 10 ЕГ атом (енергията придобита от един свободен електрон, когато преминават през потенциална разлика от 10 V), като последните се движи в йонизирана държавата (електрон отдалечаване от ядрото от произволно голямо разстояние). Газовете, при стайна температура, винаги представляват много малка част от йонизирани атоми, които са възникнали от космическа радиация (фотойонизация). При пускането на такъв газ в електрическото поле на заредените частици започват да се ускори чрез преминаване неутрални атоми оформление кинетична енергия и тях йонизиращите. В резултат на това се развива процес лавина увеличаване на броя на свободни електрони и йони - електрически разряд. характеристика тлеещ разряд, свързан с освобождаването на енергия при рекомбинация на електрони и положителни йони. Видове електрически разряди са много разнообразни и силно зависими от състав газ и условия на околната среда.

Веществото, съдържащ смес от неутрални атоми, свободни електрони и положителни йони, наречен плазма. Плазмата резултат от относително ниско напрежение електрически разряди (напр. В тръбите "дневна светлина") се характеризира с много ниски концентрации от заредени частици в сравнение с неутралните (). Като цяло, това се нарича ниска температура, като атоми и йони, близки до стайна температура. Средната енергия е много по-леки електрони е много по-големи. по този начин плазма ниска температура е значително извън равновесие, отворена среда. Както бе споменато, в такива среди са възможни процеси организация. Добре известен пример е генерирането на лазери газ плазмени силно последователен радиация правилно.

Плазмата може да бъде в термодинамично равновесие. За неговото съществуване изисква много висока температура (при който топлинната енергия на движение е сравнима с енергия йонизация). съществуват такива температури на слънчевата повърхност, може да се случи при много мощен електрически разряди (мълния), по време на ядрени експлозии. Това се нарича плазма горещо.

Земята е достатъчно добър проводник на електрически ток (в сравнение със сух въздух). На височина от 50 km йонизиращо лъчение причинява присъствие външната йоносферата - слой от силно йонизиран газ. Измерванията показват, че има голяма разлика в потенциалите между йоносферата и повърхността на земята (около 5,0 милиона В), при йоносферата е положителен по отношение на заплащане Zamli. Наличието на потенциална разлика между земята и "небе" води до много ниска плътност на тока (A /), дори и в по-лош проводник като въздух. Общо текущи идва към повърхността на планетата е много голям (прибл. А), и силата да се сравни с капацитета на всички централи, построени (W), отредени им. Естествено възниква въпросът за механизма за поддържане каза потенциална разлика, както и причините, по които присъствието му все още не се използва от човека.

Сега е установено, че основният механизъм на зареждане на "небе", са по отношение на гръмотевичните бури на Земята. Водни капчици и ледени кристали, които се движат надолу към долната мълниеносния облак събрани на наличен в атмосферата на отрицателни заряди и така заредени част на облак нисш отрицателен ток за потенциали много пъти по-голям от потенциала на земята. В резултат, насочена в обратна посока в сравнение с областта присъства в безоблачна време между земята и облака се появява много високо електрическо поле. В близост до земната повърхност с изпъкнали обекти на проводимост, това поле се подобрява още повече и това е достатъчно, за да се йонизира газа, което увеличава с лавина право. Резултатът е един много силен електрически разряд, наречена мълния. Противно на общоприетото схващане, мълния започва на Земята и един шамар в облака, а не обратното.

Характерни за ясно време сила електрическо поле на 100V / m не е възможно не само да се използва, но дори и да се почувства, макар и еднаква височина човешки ръст в нейно отсъствие, той генерира потенциална разлика от около 200V. Причината за това е ниската проводимост на въздуха и следователно ниска плътност на тока на повърхността на токовете на земята. Въведение в електрическата верига на добър проводник (човешки) на въздуха колона разкарвам крак, на практика не се променя общото съпротивление на веригата "небе-земя", в която текущата остава постоянна. Причинени тях на напрежението върху човешкото тяло е приблизително U = IR = 0.2mkV че е под прага на чувствителност на организма.

Електрически ток в живите тъкани.

Важната роля на електрически импулси за живота на организмите приемат за преди повече от 200 години. Вече е известно, че тези импулси се използват за управление на работата на органите и пренос на информация между тях в процеса на живота. Ролята на кабели за предаване на сигнали в комплекс "биологичен компютър" играта на нерви, които се основават на високо специализирани клетки - неврони. Основните функции на тези клетки - приемане, обработка и амплификация на електрически сигнали. Невроните комуникират един с друг в "мрежа" с помощта на специални продълговати издатини - аксони носещи проводници функция. Изследванията на разпространение на електрическите сигнали в аксоните извършват заедно биолози, химици и физици в продължение на 30-60 години на този век, и са сред първите успешни примери за ползотворно сътрудничество на други свързани с нея науки.

Както се оказа, свойствата на електрически импулси посадъчен в аксони се различават значително от конвенционални за електрически: 1), скорост на размножаване заедно импулси Axon е с няколко порядъка по-малък от характеристиката за метал; 2) след преминаване на електрически импулс има "мъртви" време, по време на който на следващото разпределение на импулса е невъзможно; 3) Съществува праг на напрежение (импулси с амплитуда под прага не се прилага); 4) бавно нарастване на напрежението, дори преди надвишава праговете на импулса по аксон не се предава ( "настаняване").

Тези неприсъщи традиционните електрически характеристики проводникова аксони намерени обяснения по много специфичен електро-химична механизъм, централната част на която принадлежи към полупропусклива клетъчната мембрана на йон отделяне на съдържащ необичайно висока концентрация на йони К + и ниско - Na + вътрешен обем клетка (и аксон) от околната среда, пълна с физиологичен разтвор. В резултат на случаен топлинна движението на частици през границата между региони с различни концентрации на положителни йони с дифузия потоци (К + - извън клетката, Na + - вътре в нея), чиято скорост се регулира пропускливостта на клетъчната мембрана и електрическата потенциална разлика от двете страни на него. Промени в мембранната пропускливост за всеки от йони причинява промяна в броя на заредените частици преминаване на границата, и следователно до промяна в електрически потенциал спрямо Axon външната среда. Експериментите показват, че проводимостта на частта от мембраната се променя в зависимост от прилаганата потенциална разлика него. по този начин подава към част аксон променя електрически импулс за кратко време (в зависимост от свойствата на аксона), проводимост на мембраната, което води до преразпределение на зареждане повишаване импулс и задния ръб формация. В този случай, аксона в същото време играе ролята на проводник, и "подсилващи подстанции - ретранслатори", който не допуска отслабване на сигнали, предавани в организма в продължение на доста дълго разстояние.

Интересно е, че много подобен проблем с този, който е бил решен от природата, точно преди откриването на механизма на аксон проводимост трябваше да бъдат разгледани в радиото, когато се опитва да организира кабелна връзка транс на Атлантическия океан. За да се избегне затихването и изкривяването в дългия сигнал, кабелът трябва да бъде разделена на сравнително къси връзки между които са били пуснати на усилвателите. Опитът на физиците да създадат дълги кабелни линии значително облекчаване на проблема с механизма на електропроводимостта на аксона.