Chuyển động có hướng của các hạt mang điện là gì? Đối với nhiều người, đây là một lĩnh vực khó hiểu, nhưng thực tế mọi thứ lại rất đơn giản. Vì vậy, khi họ nói về chuyển động có hướng của các hạt mang điện, họ có nghĩa là dòng điện. Hãy xem xét các đặc điểm và công thức chính của nó, cũng như xem xét các vấn đề bảo mật khi làm việc với nó.
Thông tin chung
Bắt đầu với một định nghĩa. Bởi dòng điện luôn có nghĩa là chuyển động có trật tự (có hướng) của các hạt mang điện, được thực hiện dưới tác dụng của điện trường. Những loại đối tượng có thể được coi là trong trường hợp này? Hạt có nghĩa là electron, ion, proton, lỗ trống. Cũng cần biết sức mạnh hiện tại là bao nhiêu. Đây là số hạt mang điện chạy qua tiết diện của vật dẫn trong một đơn vị thời gian.
Bản chất của hiện tượng
Tất cả các chất vật chất đều được tạo thành từ các phân tử mà nguyên tử được tạo thành. Chúng cũng không phải là vật liệu cuối cùng, bởi vì chúng có các nguyên tố (một hạt nhân và các electron quay xung quanh nó). Tất cả các phản ứng hóa học đều kèm theo sự chuyển động của các hạt. Ví dụ, với sự tham gia của các electron, một số nguyên tử sẽ bị thiếu hụt, trong khi những nguyên tử khác sẽ bị dư thừa. Trong trường hợp này, các chất có điện tích trái dấu. Nếu sự tiếp xúc của chúng xảy ra, thì các electron từ cái này sẽ có xu hướng chuyển sang cái kia.
Bản chất vật lý của các hạt cơ bản như vậy giải thích bản chất của dòng điện. Chuyển động có hướng này của các hạt mang điện sẽ tiếp tục cho đến khi các giá trị bằng nhau. Trong trường hợp này, phản ứng của những thay đổi là một dây chuyền. Nói cách khác, thay vì electron đã rời đi, một electron khác đến vào vị trí của nó. Các hạt của nguyên tử lân cận được sử dụng để thay thế. Nhưng chuỗi cũng không kết thúc ở đó. Một electron cũng có thể đến cực nguyên tử, ví dụ, từ cực âm của nguồn dòng điện chạy qua.
Một ví dụ về tình huống như vậy là pin. Từ cực âm của vật dẫn, các êlectron chuyển sang cực dương của nguồn. Khi hết các hạt trong thành phần nhiễm điện âm thì dòng điện dừng lại. Trong trường hợp này, pin được cho là đã chết. Tốc độ chuyển động có hướng của các hạt mang điện chuyển động theo phương này là bao nhiêu? Trả lời câu hỏi này không hề dễ dàng như thoạt nhìn.
Vai trò của căng thẳng
Khái niệm này được sử dụng để làm gì? Hiệu điện thế là một đặc tính của điện trường, là hiệu điện thế giữa hai điểm bên trong nó. Đối với nhiều người, điều này có vẻ khó hiểu. Khi nói đến chuyển động có hướng (có thứ tự) của các hạt mang điện, thì bạn cần hiểu về điện áp.
Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một dây dẫn đơn giản. Đây có thể là dây được làm bằng kim loại, chẳng hạn như đồng hoặc nhôm. Trong trường hợp của chúng tôi, điều này không quá quan trọng. Khối lượng của một electron là 9.10938215 (45) × 10-31kg. Điều này có nghĩa là nó khá là vật chất. Nhưng kim loại dẫn điện là chất rắn. Vậy làm thế nào, các electron có thể chạy qua nó?
Tại sao có thể có dòng điện trong các sản phẩm kim loại
Hãy chuyển sang những điều cơ bản của hóa học, mà mỗi chúng ta đã có cơ hội học ở trường. Nếu số electron trong chất bằng số proton thì đảm bảo tính trung hoà của nguyên tố. Dựa vào định luật tuần hoàn Mendeleev, người ta xác định được chất nào phải xử lý. Nó phụ thuộc vào số proton và neutron. Không thể bỏ qua sự khác biệt lớn giữa khối lượng của hạt nhân và các electron. Nếu chúng bị loại bỏ, thì trọng lượng của nguyên tử trên thực tế sẽ không thay đổi.
Ví dụ, khối lượng của một proton lớn hơn giá trị của một electron khoảng 1836. Nhưng những hạt cực nhỏ này rất quan trọng, vì chúng có thể dễ dàng rời khỏi một số nguyên tử và tham gia vào những nguyên tử khác. Đồng thời, việc giảm hoặc tăng số lượng của chúng dẫn đếnđể thay đổi điện tích của nguyên tử. Nếu chúng ta coi một nguyên tử đơn lẻ, thì số electron của nó sẽ luôn thay đổi. Họ liên tục rời đi và quay trở lại. Điều này là do chuyển động nhiệt và mất năng lượng.
Tính đặc trưng hóa học của một hiện tượng vật lý
Khi có sự chuyển động có hướng của các hạt mang điện thì khối lượng nguyên tử không bị mất đi? Thành phần của vật dẫn có thay đổi không? Đây là một quan niệm sai lầm rất quan trọng khiến nhiều người nhầm lẫn. Câu trả lời trong trường hợp này chỉ là phủ định. Điều này là do thực tế là các nguyên tố hóa học không được xác định bởi khối lượng nguyên tử của chúng, mà bởi số proton có trong hạt nhân. Sự hiện diện hay vắng mặt của các electron / neutron không đóng một vai trò nào trong trường hợp này. Trong thực tế, nó trông như thế này:
- Cộng hoặc trừ electron. Hóa ra là một ion.
- Thêm hoặc trừ neutron. Hóa ra là một đồng vị.
Nguyên tố hóa học không thay đổi. Nhưng với proton, tình hình lại khác. Nếu nó chỉ là một, thì chúng ta có hydro. Hai proton - và chúng ta đang nói về heli. Ba hạt là liti. Vân vân. Những ai quan tâm đến sự tiếp diễn có thể xem bảng tuần hoàn. Hãy nhớ rằng: cho dù một dòng điện chạy qua vật dẫn cả nghìn lần thì thành phần hóa học của nó sẽ không thay đổi. Nhưng có lẽ khác.
Chất điện giải và những điểm thú vị khác
Điểm đặc biệt của chất điện phân là thành phần hóa học của chúng thay đổi. Sau đó, dưới ảnh hưởng của dòng điện,các phần tử điện li. Khi thế năng của chúng cạn kiệt, chuyển động có hướng của các hạt mang điện sẽ dừng lại. Tình trạng này là do chất mang điện tích trong chất điện phân là ion.
Ngoài ra, có những nguyên tố hóa học hoàn toàn không có electron. Một ví dụ sẽ là:
- Nguyên tử hydro vũ trụ.
- Tất cả các chất ở trạng thái huyết tương.
- Khí trong tầng trên của bầu khí quyển (không chỉ Trái đất, mà còn các hành tinh khác nơi có khối khí).
- Nội dung của máy gia tốc và máy va chạm.
Cũng cần lưu ý rằng dưới tác động của dòng điện, một số hóa chất có thể bị vỡ vụn theo đúng nghĩa đen. Một ví dụ nổi tiếng là cầu chì. Nó trông như thế nào ở cấp độ vi mô? Các electron chuyển động đẩy các nguyên tử trên đường đi của chúng. Nếu dòng điện rất mạnh, thì mạng tinh thể của vật dẫn không thể chịu được và bị phá hủy, và chất này bị nóng chảy.
Quay lại tốc độ
Trước đó, điểm này đã được chạm vào một cách hời hợt. Bây giờ chúng ta hãy xem xét kỹ hơn nó. Cần lưu ý rằng khái niệm tốc độ chuyển động có hướng của các hạt mang điện dưới dạng dòng điện không tồn tại. Điều này là do thực tế là các giá trị khác nhau đan xen. Vì vậy, một điện trường truyền qua một vật dẫn với tốc độ gần bằng tốc độ chuyển động của ánh sáng, tức là khoảng 300.000 km / giây.
Dưới ảnh hưởng của nó, tất cả các electron bắt đầu chuyển động. Nhưng tốc độ của họrất nhỏ. Nó xấp xỉ 0,007 milimét mỗi giây. Đồng thời, chúng cũng lao tới một cách ngẫu nhiên trong chuyển động nhiệt. Trong trường hợp của proton và neutron, tình hình lại khác. Chúng quá lớn để những sự kiện tương tự có thể xảy ra với chúng. Theo quy luật, không cần thiết phải nói về tốc độ của chúng gần với giá trị của ánh sáng.
Thông số vật lý
Bây giờ chúng ta hãy xem chuyển động của các hạt mang điện trong điện trường từ quan điểm vật lý là gì. Để làm điều này, hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một hộp các tông chứa 12 chai nước uống có ga. Đồng thời, có một nỗ lực để đặt một thùng chứa khác ở đó. Hãy giả sử nó đã thành công. Nhưng chiếc hộp hầu như không tồn tại. Khi bạn cố gắng cho một chai khác vào, nó bị vỡ và tất cả các hộp đựng đều rơi ra ngoài.
Hộp được đề cập có thể được so sánh với tiết diện của dây dẫn. Thông số này càng cao (dây dày hơn), nó có thể cung cấp nhiều dòng điện hơn. Điều này xác định khối lượng mà chuyển động có hướng của các hạt mang điện có thể có. Trong trường hợp của chúng tôi, một hộp chứa từ một đến mười hai chai có thể dễ dàng thực hiện mục đích đã định của nó (nó sẽ không bị vỡ). Bằng cách tương tự, chúng ta có thể nói rằng chất dẫn điện sẽ không cháy.
Nếu bạn vượt quá giá trị được chỉ định, đối tượng sẽ bị lỗi. Trong trường hợp của một dây dẫn, điện trở sẽ phát huy tác dụng. Định luật Ohm mô tả rất rõ chuyển động có hướng của các hạt mang điện.
Mối quan hệ giữa các thông số vật lý khác nhau
Mỗi hộptừ ví dụ của chúng tôi, bạn có thể đặt thêm một. Trong trường hợp này, không phải 12 mà có thể đặt tối đa 24 chai trên một đơn vị diện tích. Chúng tôi thêm một cái nữa - và có 36 cái trong số chúng. Một trong các hộp có thể được coi là một đơn vị vật lý, tương tự như điện áp.
Nó càng rộng (do đó làm giảm điện trở), thì càng có thể đặt được nhiều chai (trong ví dụ của chúng ta là thay thế dòng điện). Bằng cách tăng chồng hộp, bạn có thể đặt thêm các hộp chứa trên một đơn vị diện tích. Trong trường hợp này, sức mạnh tăng lên. Điều này không phá hủy hộp (dây dẫn). Đây là bản tóm tắt về sự tương tự này:
- Tổng số chai tăng sức mạnh.
- Số lượng vật chứa trong hộp biểu thị cường độ hiện tại.
- Số ô có chiều cao cho phép bạn đánh giá điện áp.
- Chiều rộng của hộp cho biết lực cản.
Mối nguy có thể xảy ra
Chúng ta đã thảo luận rằng chuyển động có hướng của các hạt mang điện được gọi là dòng điện. Cần lưu ý rằng hiện tượng này có thể gây nguy hiểm đến sức khỏe, thậm chí là tính mạng con người. Dưới đây là tóm tắt các tính chất của dòng điện:
- Cung cấp nhiệt cho dây dẫn mà nó chảy qua. Nếu mạng điện trong gia đình bị quá tải, lớp cách điện sẽ dần bị đóng cặn và vỡ vụn. Do đó, có thể xảy ra đoản mạch, rất nguy hiểm.
- Dòng điện khi chạy qua các thiết bị gia dụng và dây dẫn sẽ gặplực cản của các yếu tố tạo thành vật liệu. Do đó, nó chọn đường dẫn có giá trị nhỏ nhất cho tham số này.
- Nếu xảy ra ngắn mạch, cường độ dòng điện tăng mạnh. Điều này giải phóng một lượng nhiệt đáng kể. Nó có thể làm tan chảy kim loại.
- Ngắn mạch có thể xảy ra do hơi ẩm xâm nhập. Trong các trường hợp đã thảo luận trước đó, các vật thể gần đó sáng lên, nhưng trong trường hợp này, mọi người luôn bị ảnh hưởng.
- Điện giật mang một mối nguy hiểm đáng kể. Nó rất có thể thậm chí gây tử vong. Khi có dòng điện chạy qua cơ thể người, điện trở của các mô bị giảm đi rất nhiều. Chúng bắt đầu nóng lên. Trong trường hợp này, các tế bào bị phá hủy và các đầu dây thần kinh chết.
Vấn đề Bảo mật
Để tránh tiếp xúc với dòng điện, bạn phải sử dụng thiết bị bảo hộ đặc biệt. Công việc nên được thực hiện trong găng tay cao su sử dụng thảm cùng chất liệu, các thanh xả, cũng như các thiết bị tiếp đất cho nơi làm việc và thiết bị.
Công tắc mạch với nhiều biện pháp bảo vệ khác nhau đã được chứng minh là tốt như một thiết bị có thể cứu mạng con người.
Ngoài ra, không nên quên các lưu ý an toàn cơ bản khi làm việc. Nếu đám cháy xảy ra liên quan đến thiết bị điện, chỉ được sử dụng khí cacbonic và bình chữa cháy dạng bột. Cái thứ hai cho thấy kết quả tốt nhất trong cuộc chiến chống hỏa hoạn, nhưng thiết bị bị bao phủ bởi bụi không phải lúc nào cũng có thể khôi phục được.
Kết
Sử dụng các ví dụ dễ hiểu đối với mọi độc giả, chúng tôi phát hiện ra rằng chuyển động có hướng có trật tự của các hạt mang điện được gọi là dòng điện. Đây là một hiện tượng rất thú vị, quan trọng từ vị trí của cả vật lý và hóa học. Dòng điện là trợ thủ không mệt mỏi của con người. Tuy nhiên, nó phải được xử lý cẩn thận. Bài viết bàn về các vấn đề bảo mật cần chú ý nếu không muốn chết.
