Электротехника: Основы


Электрический ток в средах

Там где могут находится свободные носители электрических зарядов, там возможен электрический ток. Элементарная частица — электрон, имеет отрицательный заряд по знаку, эта частица настолько мала, что способна проникать куда угодно. Кроме нее есть и другие частицы, например фотон. Можно смело утверждать, что существование электрического тока возможно везде. Мы живем в мире электрических токов и магнитных явлений.

Проводники электричества

В физике различают вещество и вакуум, то есть такая часть пространства, в которой отсутствует вещество, но могут присутствовать элементарные частицы, например, электроны или фотоны, которые могут реагировать на электромагнитные поля.

Какие вещества бывают? Прежде всего нас интересуют их электрические свойства, то есть наличие свободных носителей зарядов.

Металлы и их сплавы. Твердый графит

Прежде всего следует отметить металлы и их сплавы, в которых с избытком присутствуют свободные носители зарядов — электроны. Также сюда можно отнести такое вещество как графит, углерод в твердом кристаллизованном виде. Такие вещества называются проводниками и их используют для создания электрических цепей, а также в качестве нагревательных элементов. Обычная лампа накаливания, которая применяется для освещения, является отличным примером тока в металле. Существуют очень миниатюрные проводники, например, в сотовых телефонах. В них также существует ток в металлах. В проводниках электрический ток называют током проводимости.

Электролиты и расплавы. Жидкая фаза

Электрический ток в электролите Электрический ток в газах

Следующий класс веществ, в которых возможно существование электрического тока — это растворы и расплавы. Сюда относятся все электролиты, например водный раствор поваренной соли (NaCl), соляная и серная кислоты, щелочи и т.п. Под расплавами понимается жидкая фаза вещества, например, ту же самую поваренную соль можно расплавить и пропустить через нее электрический ток. Если медный провод, который является хорошим проводником, расплавить, то в нем уже будет не ток проводимости, а ток в расплаве. Такой ток так и именуют — электрический ток в растворах и расплавах.

Газообразная фаза вещества. Ток в плазме

Кроме твердого и жидкого фазовых состояний вещества есть еще и два его состояния. Это газообразная фаза, и состояние плазмы. Атмосферный воздух является плохим проводником электрического тока, а попросту именуется изолятором. В обычном состоянии газы почти всегда являются диэлектриками, так как не имеют свободных носителей зарядов. Однако, в газовой среде возможно протекание тока и такой ток называется — электрическим током в газах. Обычно такой ток сопровождается ионизацией, что может привести газ в состояние плазмы.

Следует помнить, что пламя огня — это частично ионизированный газ, и потому в нем возможно протекание электрического тока. Пламя огня проводит ток и об этом нужно помнить при работе с электрооборудованием. Также следует различать виды плазмы. Один вид — высокотемпературная (дуга, огонь), другой вид — низкотемпературная (токи Тесла, небольшие искры при разрядах).

Ток в полупроводниках

Еще один класс веществ — это полупроводники. Это вещества имеющие кристаллическую структуру, в которые вносятся примеси, атомы других веществ. В результате основное кристаллическое вещество, например кремний, будучи изолятором из-за примесей меняет свои электрические свойства. В зависимости от того, какая примесь внесена и сколько, новое композитное вещество будет по разному реагировать на электрическое поле. Такие вещества называются полупроводниками, потому как из-за примесей в них образуется либо избыток свободных зарядов, либо их недостаток. Целый класс устройств базируется на полупроводниках — это электроника и микроэлектроника. Ток в таких веществах называется — электрическим током в полупроводниках. Полупроводники занимают промежуточное положение по характеристикам проводимости и сопротивления между проводниками и изоляторами.

CPU semiconductor

Вакуум проводит электрический ток

Есть еще один класс не-вещества, в котором может существовать электрический ток. Это ток переноса, или ток в вакууме. По большому счету 100% вакуума не существует в реальности, потому как обязательно найдутся какие-то частицы в виде протонов и нейтронов, которые залетят в этот вакуум. Даже один протон — это уже «недоделанный» атом водорода.

Электронная лампа

В космическом пространстве, между Солнцем и Землей всегда существует электрический ток переноса. Прежде всего — это поток частиц имеющих электрический заряд. Источником таких зарядов является Солнце. В то же самое время Земля имеет электрический заряд и движется по эклиптике, а значит имеет место изменение заряда в точке пространства за единицу времени.

Такой ток называется — током переноса, или иначе конвенционным током. Доступным примером такого тока является электронная лампа, в которой из нагретого катода вылетают свободные электроны и практически в вакууме движутся к аноду. Такое явление называется термоэлектронной эмиссией.

Дата: 13.05.2015

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)


Тег статьи: Электрический ток

Все теги раздела Электротехника:
Электричество Закон Ома Электрический ток Электробезопасность Устройства Биоэлектричество Характеристики Физические величины Электролиз Электрические схемы Асинхронные двигатели