Електричний струм

    Якщо подумки уявити металевий провідник під великим збільшенням, то можна побачити, як множина вільних електронів хаотично рухаються між атомами та іонами в різних напрямах, як зграї будь яких дрібних двокрилих комах коло ліхтаря вночі, літом, - це тепловий рух. Але варто появитись електричному полю, яке поширюється по провіднику з величезною швидкістю біля 300000 км/с., як воно чинить на нього таку ж дію, як вітерець на зграю комах.

    Продовжуючи рухатись хаотично електрони ( практично одночасно по всьому провіднику) починають змішуватись в сторону додатного полюса, але дуже повільно, зі швидкістю декілька міліметрів в секунду так як вони весь час наштовхуються на елементи кристалічної гратки і "збиваються з курсу". В цілому їх рух став схожим на потік води. Таким чином електричний струм в металах - це впорядкований рух електронів.

    Якщо розчинити будь яку речовину в воді (лише ту яка розчиняється), то молекули цієї речовини "розтягуються" молекулами води на додатні та від'ємні іони, які рухаються хаотично беручи участь в тепловому русі. Такі розчини називають електролітами. Якщо опустити в електроліт два електроди - додатній і від'ємний - то між ними відразу виникне електричне поле, під дією якого від'ємні іони почнуть змішуватись до додатного електроду, а додатні до від'ємного, тобто їх рух стане впорядкованим. Таким чином електричний струм, в розчинах - це впорядкований рух додатних і від'ємних іонів. Об'єднуючи все вищесказане, можна сказати, що електричний струм - це впорядкований рух заряджених часток.

Існують наступні джерела електричного струму:

1) Хімічні, в яких енергія хімічних реакцій перетворюється в електричний струм; до них відносяться: а) Гальванічні елементи - якщо в розчин соленої кислоти (HCL) опустити цинкову і мідну пластини, то при взаємодії кислоти з цинком утворюються додатні іони Zn++, які ідуть в розчин, а сам електрод (пластина) заряджаються негативно. Мідна пластина, навпаки втрачає негативно заряджені іони Cu++ та заряджається позитивно. Якщо пластини з'єднати провідником, то по ньому пройде електричний струм; б) Акумулятори - бувають двох видів: кислотні та лужні. Відповідно в розчин сірчаної кислоти опускаються свинцеві пластини, а в розчин їдкого калію - залізні і нікелеві. Самі акумулятори струму не виробляють, для цього їх потрібно зарядити - пропустити через них постійний струм, при цьому в результаті хімічних реакцій одні пластини накопичують додатні, а інші - від'ємні заряди. При з'єднанні цих пластин провідником тече електричний струм.

2) Механічні - в них енергія механічного руху перетворюється в електричну; до них відносять: а) Електрофорні машини - за рахунок тертя пластин при їх обертанні відбувається розділення зарядів; б) Генератори - при обертанні провідника в магнітному полі створюється потік електронів.

3) Теплові - на основі термоелементів - якщо спаяти (зварити) провідники із різних металів і нагрівати місце спаю то виникає електричний струм.

4) Світлові - на явищі фотоефекту - якщо деякі речовини (селен, кремній, оксид міді) освітлювати, то із них вибиваються фотонами (частками світла) потік електронів, який перетворюється в електричний струм; пристрої в яких це відбувається, називаються фотоелементами.

    Елементи різних джерел струму можна об'єднувати в будь якій кількості, тоді вони називатимуться батареєю (батарея елементів, термобатарея, сонячна батарея і т.д.)

Поява струму супроводжується різними явищами, які називають дією струму.

1) Хімічна дія - проявляється в тому, що при проходженні струму через розчини на електродах осідають речовини, що є в розчині. Це використовується для отримання чистих металів, наприклад, алюмінія (рафінування), для нанесення покриттів з нержавіючих металів (гальванопластика) і для отримання копій цінних артефактів.

2) Магнітна і механічна дія - проявляється в тому, що навколо провідника зі струмом завжди існує магнітне поле, і такий провідник рухається в полі постійного магніта - це використовується в електромагнітах і електродвигунах.

3) Теплова дія - провідник із струмом нагрівається, тобто стає джерелом тепла! Це використовується в електронагрівних приладах.

4) Світлова дія - при проходженні струму через деякі провідники з великим опором або через гази починають світитися, що використовується в освітлювальних приладах. Для того щоб струм відтворював потрібну дію, його пропускають через з'єднані в певній послідовності елементи які утворюють електричне коло. Електричне коло зображається з допомогою умовних знаків і включає в себе, як правило, джерело струму, вимикач і споживач струму (ланка розжарення, дзвінок і т.д.). За напрям руху електричного струму в електричному колі умовно приймають рух додатно заряджених часток - від додатного полюса джерела струму до від'ємного полюса.

Питання

1. Що представляє собою електричний струм в металах?

2. Що представляє собою електричний струм в розчинах?

3. Як працюють хімічні джерела живлення?

4. Які типи джерел струму існують, як вони працюють?

5. Якими діями володіє електричний струм?

6. Що таке електричне коло, як в ній відбувається рух заряджених часток?

Керівник гуртка Нікуліца В.Г., UT1YN

           Студент 4 курсу ЧНУ Ватрич Д.О. UR5YVD

P.S. Компютерний набір матеріалу виконано студентом 4 курсу ЧНУ Ватрич Д.О