ما هي الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة؟ بالنسبة للكثيرين ، هذا مجال غير مفهوم ، لكن في الواقع كل شيء بسيط للغاية. لذلك ، عندما يتحدثون عن الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة ، فإنهم يقصدون التيار. لنلقِ نظرة على خصائصه الأساسية وصياغته ، وكذلك نأخذ في الاعتبار قضايا الأمان عند التعامل معه.
معلومات عامة
ابدأ بتعريف. يقصد بالتيار الكهربائي دائمًا الحركة المنظمة (الموجهة) للجسيمات المشحونة ، والتي تتم تحت تأثير المجال الكهربائي. ما نوع الأشياء التي يمكن اعتبارها في هذه الحالة؟ الجسيمات تعني الإلكترونات والأيونات والبروتونات والثقوب. من المهم أيضًا معرفة القوة الحالية. هذا هو عدد الجسيمات المشحونة التي تتدفق عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية.
طبيعة الظاهرة
جميع المواد الفيزيائية تتكون من جزيئات تتشكل من الذرات. كما أنها ليست المادة النهائية ، لأنها تحتوي على عناصر (نواة وإلكترونات تدور حولها). جميع التفاعلات الكيميائية مصحوبة بحركة الجسيمات. على سبيل المثال ، بمشاركة الإلكترونات ، ستواجه بعض الذرات نقصها ، بينما يعاني البعض الآخر من فائض. في هذه الحالة ، المواد لها شحنة معاكسة. إذا حدث اتصالهم ، فإن الإلكترونات من أحدهم سوف تميل إلى الذهاب إلى الآخر.
هذه الطبيعة الفيزيائية للجسيمات الأولية تشرح جوهر التيار الكهربائي. ستستمر هذه الحركة الاتجاهية للجسيمات المشحونة حتى تتعادل القيم. في هذه الحالة ، يكون رد فعل التغييرات سلسلة. بمعنى آخر ، بدلاً من الإلكترون المغادر ، يأتي آخر مكانه. تستخدم جسيمات الذرة المجاورة للاستبدال. لكن السلسلة لا تنتهي عند هذا الحد أيضًا. يمكن أن يصل الإلكترون أيضًا إلى أقصى ذرة ، على سبيل المثال ، من القطب السالب لمصدر التيار المتدفق.
مثال على مثل هذا الموقف هو البطارية. من الجانب السلبي للموصل ، تتحرك الإلكترونات إلى القطب الموجب للمصدر. عندما تنفد جميع الجسيمات الموجودة في المكون المصاب سلبًا ، يتوقف التيار. في هذه الحالة ، يُقال أن البطارية قد نفدت. ما سرعة الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة التي تتحرك بهذه الطريقة؟ الإجابة على هذا السؤال ليست سهلة كما قد تبدو للوهلة الأولى.
دور التوتر
ما الغرض من هذا المفهوم؟ الجهد هو أحد خصائص المجال الكهربائي ، وهو فرق الجهد بين نقطتين بداخله. بالنسبة للكثيرين ، قد يبدو هذا محيرا. عندما يتعلق الأمر بالحركة الموجهة (المرتبة) للجسيمات المشحونة ، فأنت بحاجة إلى فهم الجهد.
لنتخيل أن لدينا موصلًا بسيطًا. قد يكون هذا سلكًا مصنوعًا من المعدن ، مثل النحاس أو الألومنيوم. في حالتنا ، هذا ليس مهمًا جدًا. كتلة الإلكترون هي 9.10938215 (45) × 10-31kg. هذا يعني أنه مادي تمامًا. لكن المعدن الموصل صلب. كيف إذن يمكن للإلكترونات أن تتدفق من خلاله؟
لماذا يمكن أن يكون هناك تيار في المنتجات المعدنية
دعنا ننتقل إلى أساسيات الكيمياء ، التي أتيحت الفرصة لكل منا لتعلمها في المدرسة. إذا كان عدد الإلكترونات في المادة مساويًا لعدد البروتونات ، فعندئذٍ يتم ضمان حيادية العنصر. بناءً على قانون مندليف الدوري ، يتم تحديد المادة التي يجب التعامل معها. يعتمد ذلك على عدد البروتونات والنيوترونات. من المستحيل تجاهل الاختلاف الكبير بين كتلة النواة والإلكترونات. إذا تمت إزالتها ، فإن وزن الذرة سيبقى عمليا دون تغيير
على سبيل المثال ، كتلة البروتون أكبر بنحو 1836 من قيمة الإلكترون. لكن هذه الجسيمات المجهرية مهمة للغاية ، لأنها يمكن أن تترك بسهولة بعض الذرات والانضمام إلى أخرى. في الوقت نفسه ، يؤدي انخفاض أو زيادة عددهم إلىلتغيير شحنة الذرة. إذا أخذنا في الاعتبار ذرة واحدة ، فسيكون عدد إلكتروناتها دائمًا متغيرًا. إنهم يغادرون ويعودون باستمرار. هذا بسبب الحركة الحرارية وفقدان الطاقة.
الخصوصية الكيميائية لظاهرة فيزيائية
عندما تكون هناك حركة موجهة للجسيمات المشحونة كهربائيًا ، ألا تُفقد الكتلة الذرية؟ هل يتغير تكوين الموصل؟ هذا مفهوم خاطئ مهم للغاية يحير الكثيرين. الجواب في هذه الحالة بالنفي فقط. هذا يرجع إلى حقيقة أن العناصر الكيميائية لا تتحدد من خلال كتلتها الذرية ، ولكن من خلال عدد البروتونات الموجودة في النواة. لا يلعب وجود أو غياب الإلكترونات / النيوترونات دورًا في هذه الحالة. من الناحية العملية ، يبدو الأمر كما يلي:
- إضافة أو طرح الإلكترونات. اتضح أيون.
- أضف أو اطرح النيوترونات. اتضح أحد النظائر.
العنصر الكيميائي لا يتغير. لكن الوضع مختلف مع البروتونات. إذا كان واحدًا فقط ، فلدينا الهيدروجين. بروتونان - ونحن نتحدث عن الهيليوم. الجسيمات الثلاثة هي الليثيوم. إلخ. يمكن للمهتمين بالاستمرار إلقاء نظرة على الجدول الدوري. تذكر: على الرغم من مرور التيار عبر موصل ألف مرة ، فإن تركيبته الكيميائية لن تتغير. لكن ربما خلاف ذلك.
المنحلات بالكهرباء ونقاط أخرى مثيرة للاهتمام
خصوصية الإلكتروليتات هي أن تركيبها الكيميائي هو الذي يتغير. ثم ، تحت تأثير التيار ،عناصر المنحل بالكهرباء. عندما يتم استنفاد إمكاناتها ، ستتوقف الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة. هذا الموقف يرجع إلى حقيقة أن ناقلات الشحنة في الإلكتروليتات هي أيونات.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك عناصر كيميائية بدون إلكترونات على الإطلاق. مثال على ذلك:
- الهيدروجين الكوني الذري.
- جميع المواد الموجودة في حالة البلازما
- الغازات في الغلاف الجوي العلوي (ليس فقط الأرض ، ولكن أيضًا الكواكب الأخرى التي توجد بها كتل هوائية).
- محتويات المسرعات و المصادمات
وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه تحت تأثير التيار الكهربائي ، يمكن أن تنهار بعض المواد الكيميائية حرفيًا. مثال مشهور هو الصمامات. كيف تبدو على المستوى الجزئي؟ تدفع الإلكترونات المتحركة الذرات في طريقها. إذا كان التيار قويًا جدًا ، فلن تتمكن الشبكة البلورية للموصل من الصمود ويتم تدميرها ، وتذوب المادة.
رجوع إلى السرعة
في وقت سابق ، تم التطرق إلى هذه النقطة بشكل سطحي. الآن دعونا نلقي نظرة فاحصة عليها. وتجدر الإشارة إلى أن مفهوم سرعة الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة في شكل تيار كهربائي غير موجود. هذا يرجع إلى حقيقة أن القيم المختلفة متشابكة. إذن ينتشر مجال كهربائي عبر موصل بسرعة قريبة من حركة الضوء ، أي حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية.
تحت تأثيرها ، تبدأ جميع الإلكترونات في التحرك. لكن سرعتهمصغير جدا. تبلغ حوالي 0.007 ملم في الثانية. في الوقت نفسه ، يندفعون أيضًا بشكل عشوائي في الحركة الحرارية. يختلف الوضع في حالة البروتونات والنيوترونات. إنها أكبر من أن تحدث لهم نفس الأحداث. كقاعدة ، ليس من الضروري الحديث عن سرعتها قريبة من قيمة الضوء.
المعلمات المادية
الآن دعونا نلقي نظرة على ما هي حركة الجسيمات المشحونة في مجال كهربائي من وجهة نظر فيزيائية. للقيام بذلك ، دعنا نتخيل أن لدينا صندوقًا من الورق المقوى يحتوي على 12 زجاجة من المشروبات الغازية. في نفس الوقت ، هناك محاولة لوضع حاوية أخرى هناك. لنفترض أنها نجحت. لكن الصندوق نجا بصعوبة. عندما تحاول إدخال زجاجة أخرى ، تنكسر ، وتسقط جميع الحاويات.
يمكن مقارنة الصندوق المعني بالمقطع العرضي للموصل. كلما زادت هذه المعلمة (سلك أكثر سمكًا) ، زاد التيار الذي يمكن أن توفره. يحدد هذا الحجم الذي يمكن أن تحتويه الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة. في حالتنا ، يمكن للصندوق الذي يحتوي على زجاجة واحدة إلى اثنتي عشرة زجاجة أن يفي بسهولة بالغرض المقصود منه (لن ينفجر). عن طريق القياس ، يمكننا القول أن الموصل لن يحترق.
إذا تجاوزت القيمة المشار إليها ، سيفشل الكائن. في حالة الموصل ، ستلعب المقاومة. يصف قانون أوم الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة كهربائيًا جيدًا.
العلاقة بين المعلمات الفيزيائية المختلفة
لكل صندوقمن مثالنا ، يمكنك وضع واحد آخر. في هذه الحالة ، لا يمكن وضع 12 زجاجة ، ولكن يمكن وضع ما يصل إلى 24 زجاجة لكل وحدة مساحة. نضيف واحدًا آخر - وهناك ستة وثلاثون منهم. يمكن اعتبار أحد الصناديق كوحدة مادية ، مماثلة للجهد.
كلما اتسعت (وبالتالي تقليل المقاومة) ، يمكن وضع المزيد من الزجاجات (التي في مثالنا تحل محل التيار). عن طريق زيادة كومة الصناديق ، يمكنك وضع حاويات إضافية لكل وحدة مساحة. في هذه الحالة ، تزداد القوة. هذا لا يدمر الصندوق (موصل). فيما يلي ملخص لهذا القياس:
- العدد الإجمالي للزجاجات يزيد الطاقة
- يشير عدد الحاويات في المربع إلى القوة الحالية.
- يسمح لك عدد الصناديق في الارتفاع بالحكم على الجهد.
- عرض الصندوق يعطي فكرة عن المقاومة
المخاطر المحتملة
لقد ناقشنا بالفعل أن الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة تسمى التيار. وتجدر الإشارة إلى أن هذه الظاهرة يمكن أن تكون خطرة على صحة الإنسان وحتى الحياة. فيما يلي ملخص لخصائص التيار الكهربائي:
- يوفر تسخين الموصل الذي يتدفق من خلاله. إذا كان هناك حمل زائد على الشبكة الكهربائية المنزلية ، فإن العزل سوف يتفحم وينهار تدريجياً. نتيجة لذلك ، هناك احتمال حدوث ماس كهربائي ، وهو أمر خطير للغاية.
- التيار الكهربائي ، عندما يتدفق عبر الأجهزة المنزلية والأسلاك ، يجتمعمقاومة العناصر المكونة للمواد. لذلك ، يختار المسار الذي يحتوي على الحد الأدنى لقيمة هذه المعلمة.
- في حالة حدوث ماس كهربائي ، تزداد القوة الحالية بشكل حاد. هذا يطلق كمية كبيرة من الحرارة. يمكن أن تذوب المعدن.
- قد يحدث ماس كهربائى بسبب دخول الرطوبة. في الحالات التي تمت مناقشتها سابقًا ، تضيء الأشياء القريبة ، لكن في هذه الحالة ، يعاني الناس دائمًا.
- الصدمة الكهربائية تحمل خطرا كبيرا. من المحتمل جدًا أن تكون قاتلة. عندما يتدفق تيار كهربائي عبر جسم الإنسان ، تقل مقاومة الأنسجة بشكل كبير. يبدأون في التسخين. في هذه الحالة تتلف الخلايا وتموت النهايات العصبية.
مشاكل أمنية
لتجنب التعرض للتيار الكهربائي ، يجب استخدام معدات حماية خاصة. يجب أن يتم العمل في قفازات مطاطية باستخدام حصيرة من نفس المادة ، وقضبان تفريغ ، وكذلك أجهزة تأريض لأماكن العمل والمعدات.
مفاتيح الدوائر ذات وسائل الحماية المختلفة أثبتت أنها جيدة كجهاز يمكن أن ينقذ حياة الشخص.
أيضًا ، لا ينبغي لأحد أن ينسى احتياطات السلامة الأساسية عند العمل. في حالة نشوب حريق باستخدام معدات كهربائية ، لا يمكن استخدام سوى طفايات حريق بثاني أكسيد الكربون ومسحوق. يظهر الأخير أفضل نتيجة في مكافحة الحريق ، لكن المعدات المغطاة بالغبار لا يمكن دائمًا استعادتها.
الخلاصة
باستخدام أمثلة مفهومة لكل قارئ ، اكتشفنا أن الحركة الموجهة المنظمة للجسيمات المشحونة تسمى التيار الكهربائي. هذه ظاهرة مثيرة للاهتمام للغاية ، مهمة من مواقف الفيزياء والكيمياء. التيار الكهربائي هو مساعد دؤوب للإنسان. ومع ذلك ، يجب التعامل معها بحذر. يناقش المقال القضايا الأمنية التي يجب الانتباه إليها إذا لم تكن هناك رغبة في الموت.
