الشحنات الكهربائية في الحركة

ال حركةالتابعالأحمالكهربائي هي الظاهرة الكامنة وراء عمل الأجهزة الإلكترونية. عندما شحنة كهربائية، من البضائع إيجابي أو نفي، يتحرك بسبب تأثير مجال كهربائي خارجي ، نقول أن تيارًا كهربائيًا يتكون.

نظرةأيضا: ما هو المجال الكهربائي؟

ما هو التيار الكهربائي؟

ال التيار الكهربائي هي إحدى الكميات الأساسية للفيزياء ، ووحدتها حسب النظام الدولي هي ال أمبير (ال). تيار كهربائي 1 امبير يعني أن من أجل 1 ثانيا، مرت 1 كولوم من الشحنات الكهربائية من خلال مقطع عرضي مصنوع في مكان ما في الفضاء. انظر إلى الشكل أدناه:

مقطع عرضي لسلك موصل يتم عبوره بواسطة عدة إلكترونات.

طالما أن هناك أي عدد من الشحنات الكهربائية تعبر المقطع العرضي الموضح أعلاه ، فسيكون هناك تيار كهربائي في المادة.

تعريف التيار الكهربائي بسيط للغاية. يشاهد:

التيار الكهربائي هو التدفق فوضوية للجسيمات الحاملة للشحنة عبر المقطع العرضي لموضع معين في الفضاء وبتطبيق مجال كهربائي.

يمكن حساب التيار الكهربائي كنسبة من معامل الحمل الذي يعبر هذا القسم كل ثانية:

أنا - التيار الكهربائي
س - مقدار الشحنة الكهربائية
ر - الفاصل الزمني

ما الفرق بين الشحنة الكهربائية والتيار الكهربائي؟

سلسلةكهربائي إنها حركة الشحنات الكهربائية في بعض الاتجاهات التفضيلية للموصل. الشحنة الكهربائية بدورها هي خاصية جوهرية للمادة. معظم الجسيمات الموجودة ، مثل البروتونات و ال الإلكترونات، لديها شحنة كهربائية ، وبالتالي يمكن أن تكون كذلك ينجذب أو صدت بواسطة الشحنات الكهربائية الأخرى.

يمكن حساب مقدار الشحنات الكهربائية الموجودة في الجسم باستخدام الصيغة التالية:

س - وحدة الحمل الكهربائي
لا - عدد ناقلات البضائع
و - الحمل الأساسي (1.6.10^-19 ج)

البروتونات و الإلكترونات هم ناقلات الشحنة الأكثر شيوعًا ، على الرغم من كونها جسيمات ذات كتل مختلفة وشحنات كهربائية ذات إشارة معاكسة. كمية الشحنة الموجودة في هذه الجسيمات متساوية ويسمى الشحنةأساسي، معامله 1.6.10 تقريبًا^-19 ج.

حركة الجسيمات الكهربائية داخل الأسلاك

عندما نربط نقطتين من مسلكموصل لواحد التباينات المحتملة، توصيله ببطارية (مولد) أو بمقبس ، على سبيل المثال ، يتم تشكيل مجال كهربائي في الداخل من الأسلاك ، وهي المسؤولة عن ظهور قوة كهربائية تسحب الإلكترونات نحو الطرف إيجابي أو نفي.

ا مجالكهربائي يتشكل في الموصل بسرعة الضوء ، أي أن "ترتيب" حركة الإلكترونات فوري عمليًا ، بحيث تشعر كل هذه الجسيمات بفعل القوة الكهربائية التي تسحبها. ومع ذلك ، فإن حركة هذه التهم هي الى حد كبيربطيء، بسبب التفاعلات المختلفة المتبادلة بين الإلكترونات وكذلك التصادمات المتكررة بين الإلكترونات والذرات التي تشكل الشبكة البلورية للمعادن ، مما يؤدي إلى خسارة كبيرة في ● السرعة. هذه السرعة التي تجري بها الإلكترونات في مادة ، أي سرعة سلسلةكهربائي، يسمى ● السرعةفييجر، ومُعامله في حدود سنتيمترات في الدقيقة.

رسم تخطيطي يوضح التيار الكهربائي داخل سلك موصل

تأثير الجول

عندما تصطدم الإلكترونات بذرات المادة التي تتحرك فيها ، فإنها تنقل جزءًا من طاقتها الحركية ، مما يعزز اهتزاز الشبكة البلورية لهذا الوسط. يتسبب هذا الاهتزاز في زيادة درجة حرارة المادة ، مما يؤدي إلى تكوين ما يسمى تأثير الجول.

تأثير جول هو أساس عمل المصباح المتوهج: يؤدي نقل الطاقة من الإلكترونات إلى الذرات إلى تسخين كبير للسلك.

الشحنات الكهربائية على الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات

→ الموصلات

جميع المواد الموصلة ، مثل معظم المعادن ، لديها عدد كبير من ناقلاتفيالشحنةمجانا، أي أنها مرتبطة بشكل غير محكم بالنواة الذرية للمادة. حاملات الشحنة هذه عبارة عن إلكترونات وجسيمات خفيفة جدًا و شحنة كهربائيةنفي.

في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) ، على سبيل المثال ، الإلكتروناتمجانامن عندالموصلات إنهم لا يقفون مكتوفي الأيدي ، لكنهم لا يقودون أيضًا بين نقطة من المادة وأخرى. في هذه الحالة ، فإن الإثارةحراري من المادة إلى الإلكترونات ، مما يتسبب في تحرك هذه الجسيمات بشكل عشوائي ، في سرعات واتجاهات مختلفة ، بحيث يكون إجمالي الإزاحة للإلكترونات تقريبًا باطل. عندما يحدث هذا ، نقول إن السائق موجود التوازن الكهروستاتيكي.

→ عوازل

المواد المجهزة رائعةمقاومةكهربائي، مكالمات عوازل، بطبيعة الحال لديها عدد قليل من ناقلات الشحنة الكهربائية أو لا تحتوي على أي منها على الإطلاق والتي يمكن سحبها بفعل تأثير المجال الكهربائي. في هذه المواد ، من الضروري تطبيق مجالات كهربائية كبيرة حتى يحدث تأينها. هذه العملية تشرح تكوين الأشعة وتسمى فترة راحةيعطيالاستعلاءعازل. في حالة البرق ، فإن الهواء الجوي ، وهو وسيط عازل ، يدعم حركة البضائع عن طريق تكوين مجال كهربائي كبير مع السحب المكهربة أو بين السحب والتربة.

اقرأ أيضا: خمس حقائق ممتعة عن الأشعة التي ستجعل شعرك يقف في النهاية

يمكن للمجالات الكهربائية الكبيرة أن تؤين الهواء ، مما يعزز التوصيل الإلكتروني.

→ أشباه الموصلات

في موادأشباه الموصلاتبدورها ، ترتبط حاملات الشحنة جزئيًا بنواتها الذرية بسبب تفاعل كهربائي ضعيف. من الممكن جعلها ناقلات شحن مجانية من خلال توفير شكل من أشكال الطاقة لهذه الجسيمات: تسخين المواد (المواد الحرارية) ، التفاعل الميكانيكي (المواد الكهرضغطية) ، الإضاءة (المواد الكهروضوئية) إلخ.

في ال مكنسة أو في المواد التي لا تحتوي على أي مقاومة كهربائية ، يمكن أن تتحرك حاملات الشحنة الكهربائية دون أي صعوبات. بهذه الطرق ، من خلال استشعار عمل المجال الكهربائي ، يمكن أن تتحرك حاملات الشحنة بسرعات كبيرة في اتجاه الخضوع لكهربائي الذي يعمل عليهم.

حركة البضائع في السوائل

عندما نضع بعض الحلول المرتبطة بفرق الجهد ، يتشكل مجال كهربائي في هذا السائل ، والأيونات الذائبة في هذا المحلول نفسها تنتقل إلى الأقطاب التي لها شحنة معاكسة لشحنتها. في هذه الحالة ، نقول أن أ سلسلةأيوني لقد تكون.

اتجاه التيار الكهربائي

عندما ندرس حركة الشحنات الكهربائية في الدوائر الكهربائية ، من الشائع أن نسمع أن التيار الكهربائي يمكن أن يكون له اتجاهان: الاتجاه حقيقة والشعور عادي. جاءت هذه الاتفاقية لأن حاملات الشحن في الموصلات لها الشحنةنفي. افهم: بالمعنى الحقيقي ، عندما نقوم بتوصيل سلك بفارق جهد ، تتحرك الإلكترونات نحو القطب إيجابي. يسمى هذا الاتجاه الحالي اشارةحقيقة.

ا اشارةعادي التيار ، بدوره ، يعترف بأن ناقلات الشحن للموصلات لديها شحنة كهربائية موجبة، بحيث عندما نقوم بتوصيل سلك بفارق جهد ، تتحرك هذه الإلكترونات نحو الجهد. نفي.

نظرةأيضا: اتجاه التيار الكهربائي

من جانبي رافائيل هيلربروك

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/cargas-eletricas-movimento.htm