Hvordan strømmer elektrisk strøm i virkeligheden?

  • Dec 14, 2020
click fraud protection

Vi er alle omgivet af et stort antal af en lang række enheder og hele systemer baseret på dem, der i løbet af deres funktion på en eller anden måde bruger elektrisk strøm. Selve konceptet med elektrisk strøm blev introduceret for at give beskrivelsen af ​​processen i løbet af et bestemt klarhed, som blev opnået på grund af den målrettede dannelse af en direkte analogi med hydrodynamik gennem væskestrøm.

Med akkumuleringen af ​​viden om elektricitet blev det vist, at strømmen af ​​elektrisk strøm primært er bevægelse af et elektromagnetisk felt langs et ledende medium, der opstår ved hastigheder, der ikke er alt for forskellige fra hastighed Sveta. I dette tilfælde bevæger feltet sig fra et punkt med et højere potentiale i retning af et punkt med et lavere potentiale, dvs. ifølge den klassiske ordning fra plus til minus.

Den rette bevægelse af ladebærere, der ledsager denne proces, finder også sted, men med en mærkbart lavere hastighed. Det sker i forskellige retninger i forskellige materialer.

instagram viewer

Varianter af ladebærere

Det er kendt, at ladebærere er opdelt i positive og negative. Negative ladninger besiddes af elektroner og ioner, ioner hersker blandt bærere af en positiv ladning. Negative ladninger bevæger sig mod et højere potentiale, mens positive ladninger bevæger sig mod et lavere potentiale. Og i begge tilfælde opstår der en elektrisk strøm i miljøet.

En klassisk tvetydighed vises, som elimineres ved konventionel aftale. På postulatniveau antages det, at strømmen altid flyder fra plus til minus, uanset typen af ​​afgifter.

Bevægelse af ladninger i metaller

De fleste metaller ved temperaturer, der er praktisk vigtige for elektrisk og trådkommunikationsteknologi, er i fast tilstand, og der er ingen ioner i dem.

Som et resultat bestemmes strømmen i faste ledende materialer af den elektroniske ledningsevne, dvs. frie elektroner (figur 1), som tage funktionerne af ladebærere i gang med strømstrømmen, de bevæger sig i den modsatte retning af strømmen, billede 2.

Billede 1. Gratis og bundne elektroner i et metal
Figur 2. Polariteten af ​​den aktuelle kilde og elektronernes bevægelsesretning i en metalleder

Elektroner i metaller reves let af et elektrisk felt fra deres baner, hvor de roterer rundt om atomer i fravær af en potentiel forskel. Med en ubetydelig potentiel forskel dannes der således et stort antal ladningsbærere, dvs. metaller har relativt lav elektrisk modstand.

Bevægelse af ladninger i halvledere

Halvledere er mærkbart ringere end metaller i ledningsevne ved stuetemperatur. Materialer, der tilhører denne gruppe, er opdelt i n-type og p-type halvledere. Halvledere af n-typen i almindelig tilstand har et overskud af elektroner, når de overføres til p-typen, mangel på elektroner, men de resterende passerer relativt let fra en tilladt position i atomer til en anden. Sidstnævnte svarer til bevægelsen af ​​positive ladninger.

Et træk ved halvledere er, at deres ledningsevne stiger kraftigt, når temperaturen stiger: På grund af den svage binding med atomer, når den stiger, ændres antallet af ubundne elektroner betydeligt.

Således kan bevægelsesretningen af ​​ladninger i halvledere både falde sammen med strømningsretningen (p-typen) og være modsat den (n-typen).

Bevægelse af ladninger i væsker og gasser

Et træk ved væsker og gasser er, at ioner er ladebærere i dem. De kan enten være positive (kationer) eller negative (anioner), figur 3. Følgelig, når negative kationer dominerer, bevæger de sig "mod strømmen", mens positive kationer bevæger sig "langs strømmen".

Figur 3. Retningslinjer for bevægelse af kationer og anioner i nærvær af en potentiel forskel