Як утворюється електричний струм. Електричний струм у газах та у вакуумі

Електричний струмзараз використовують у кожній будівлі, знаючи характеристики струмув електромережі будинку слід завжди пам'ятати, що він небезпечний для життя.

Електричний струм є ефект спрямованого руху електричних зарядів (у газах - іони та електрони, в металах - електрони), під впливом електричного поля.

Рух позитивних зарядів по полю еквівалентний руху негативних зарядів проти поля.

Зазвичай напрям електричного беруть напрям позитивного заряду.

• потужність струму;
• напруга струму;
• сила струму;
• опір струму.

Потужність струму.

Потужністю електричного струмуназивають відношення виробленої струмом роботи на час, протягом якого було виконано це робота.

Потужність, яку розвиває електричний струм на ділянці ланцюга, прямо пропорційна величині струму та напрузі на даній ділянці. Потужність (елек-три-че-ська і ме-ха-ні-че-ська) з-ме-ря-є-ся у Ват-тах (Вт).

Потужність струмуне залежить від часу про-те-ка-ня електро-три-че-ського струму в ланцюзі, а визна-де-ля-ється як про-із-ве-де -ня на-пря-же-ня на силу струму.

Напруга струму.

напругою електричного струмуназивається величина, яка показує, яку роботу зробило електричне полепри переміщенні заряду від однієї точки до іншої. Напруга при цьому в різних ділянкахланцюги відрізнятимуться.

Наприклад: напруга на ділянці порожнього дроту буде зовсім невеликою, а напруга на ділянці з будь-яким навантаженням буде набагато більшою, і величина напруги залежатиме від величини роботи, виробленої струмом. Вимірюють напругу у вольтах (1). Для визначення напруги є формула: U=A/q, де

• U - напруга,
• A - робота, виконана струмом по переміщенню заряду q на ділянку ланцюга.

Сила струму.

Силою струмуназивають кількість заряджених частинок, які протікають через поперечний переріз провідника.

За визначенням сила струмупрямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна опору.

Сила електричного струмувимірюється приладом, який називається амперметром. Величина електричного струму (кількість заряду, що переноситься) вимірюється в амперах. Для збільшення діапазону позначень одиниці зміни є такі приставки кратності як мікро - мікроампер (мкА), милі - міліампер (мА). Інші приставки у повсякденному побуті не використовуються. Наприклад: говорять та пишуть «десять тисяч ампер», але ніколи не говорять і не пишуть 10 кілоампер. Такі значення в повсякденному життіне використовуються. Те саме можна сказати про наноампер. Зазвичай говорять та пишуть 1×10-9 Ампер.

Опір струму.

Електричним опоромназивається фізична величина, Що характеризує властивості провідника, що перешкоджають проходженню електричного струму і дорівнює відношенню напруги на кінцях провідника до сили струму, що протікає по ньому.

Опір для ланцюгів змінного струму та для змінних електромагнітних полів описується поняттями імпедансу та хвильового опору. Опір струму(часто позначається буквою R або r) вважається опір струму, в певних межах, постійною величиноюдля цього провідника. Під електричним опоромрозуміють відношення напруги на кінцях провідника до сили струму, що тече по провіднику.

Умови виникнення електричного струму у провідному середовищі:

1) наявність вільних заряджених частинок;

2) якщо є електричне поле (є різниця потенціалу між двома точками провідника).

Види впливу електричного струму на провідний матеріал.

1) хімічне – зміна хімічного складупровідників (відбувається переважно в електролітах);

2) теплове - нагрівається матеріал, яким тече струм (у надпровідниках цей ефект відсутній);

3) магнітне – поява магнітного поля (відбувається у всіх провідників).

Основні показники струму.

1. Сила струму позначаються буквою I - вона дорівнює кількості електрики Q, що проходить через провідник за час t.

I=Q/t

Сила струму визначається амперметром.

Напруга визначається вольтметром.

3. Опір R провідного матеріалу.

Опір залежить:

а) від перерізу провідника S, від його довжини l та матеріалу (позначається питомим опором провідника ρ);

R=pl/S

б) від температури t°С (або Т): R = R0 (1 + αt),

• де R0 - опір провідника при 0°С,
• α – температурний коефіцієнт опору;

в) для отримання різних ефектів провідники можуть з'єднуватися як паралельно, так і послідовно.

Таблиця показників струму.

У цій статті показано, що у сучасній фізиці уявлення про електричний струм міфологізовано і не має доказів його сучасної інтерпретації.

З позицій ефіродинаміки обґрунтовується представлення електричного струму як потоку фотонного газу та умови його існування.

Вступ.У історії науки ХІХ століття назвали століттям електрики. Дивне XIX століття, що заклало основи науково-технічної революції, яка так змінила світ, почалося з гальванічного елемента — першої батарейки, хімічного джерела струму (вольтова стовпа) та відкриття електричного струму. Дослідження електричного струму, що проводилися у великому масштабі у перші роки ХІХ ст. дали поштовх проникненню електрики у всі сфери життєдіяльності людини. Сучасне життянемислима без радіо та телебачення, телефону, смартфона та комп'ютера, всіляких освітлювальних та нагрівальних приладів, машин та пристроїв, в основі яких лежить можливість використання електричного струму.

Однак, широке використання електрики з перших днів відкриття електричного струму перебуває у глибокому протиріччі його теоретичному обґрунтуванню. Ні фізика ХІХ ст., ні сучасна не можуть відповісти на запитання: що таке електричний струм? Наприклад, у наведеному нижче затвердженні з “Британської енциклопедії”:

“Питання: “Що таке електрика?”, як і питання: “Що таке матерія?”, лежить поза сфери фізики і належить сфері метафізики”.

Перші, які здобули широку популярність, досліди з електричним струмом були проведені італійським фізиком Гальвані наприкінці XVIII ст. Інший італійський фізикВольта створив перший пристрій, здатний давати тривалий електричний струм - гальванічний елемент. Вольта показав, що зіткнення різнорідних металів приводить їх у електричний стан і що від приєднання до них рідини, що проводить електрику, утворюється безпосередній перебіг електрики. Струм, що виходить у названому випадку, називається гальванічним струмом і саме явище гальванізмом. При цьому струм у поданні Вольта це рух електричних рідин - флюїдів.

Істотний зрушення у розумінні сутності електричного струму було зроблено

М. Фарадеєм. Їм було доведено тотожність окремих видівелектрики, що походять від різних джерел. Найбільш важливими роботамистали експерименти з електролізу. Відкриття було сприйнято як один із доказів того, що електрика, що рухається, фактично ідентична електриці, обумовленої тертям, тобто статичною електрикою. Його серія дотепних експериментів з електролізу послужила переконливим підтвердженням ідеї, суть якої зводиться до наступного: якщо речовина за своєю природою має атомну структуру, то в процесі електролізу кожен атом отримує певну кількість електрики.

У 1874 році ірландський фізик Дж. Стоней (Стоні) виступив у Белфасті з доповіддю, в якій використав закони електролізу Фарадея як основу для атомарної теорії електрики. За величиною повного заряду, що пройшов через електроліт, і досить грубої оцінки числа атомів водню, що виділилися на катоді, Стонів отримав для елементарного заряду число порядку 10 -20 Кл (у сучасних одиницях). Ця доповідь не була повністю опублікована аж до 1881 року, коли німецький вчений

Г. Гельмгольц в одній із лекцій у Лондоні зазначив, що якщо прийняти гіпотезу атомної структури елементів, не можна не дійти висновку, що електрика також поділяється на елементарні порції чи «атоми електрики». Цей висновок Гельмгольца, по суті, випливав із результатів Фарадея з електролізу та нагадував висловлювання самого Фарадея. Фарадіївські дослідження електролізу відіграли важливу роль у становленні електронної теорії.

У 1891 Стонею, який підтримував ідею, що закони електролізу Фарадея означають існування природної одиниці заряду, ввів термін - "електрон".

Однак, невдовзі термін електрон, введений Стонеєм, втрачає свою первинну сутність. У 1892 роціХ. Лоренц формує власну теорію електронів. За його твердженням, електрика виникає при русі крихітних заряджених частинок - позитивних і негативних електронів.

У наприкінці XIXв. почала розвиватися електронна теоріяпровідності. Початки теорії дав 1900 р. німецький фізик Пауль Друде. Теорія Друде увійшла до навчальних курсів фізики під ім'ям класичної теоріїелектропровідність металів. У цій теорії електрони уподібнюються до атомів. ідеального газу, що заповнює кристалічні ґратиметалу, а електричний струм представляється як потік цього електронного газу.

Після представлення моделі атома Резерфорда серії вимірювань величини елементарного заряду в 20-х роках ХХ ст. у фізиці остаточно сформувалося уявлення про електричний струм, як потік вільних електронів, структурних елементіватом речовини.

Однак модель вільних електронів виявилася неспроможною при поясненні сутності електричного струму в рідких електролітах, газах та напівпровідниках. Для підтримки існуючої теорії електричного струму було введено нові носії електричного заряду – іони та дірки.

На підставі вище викладеного, у сучасній фізиці сформувалося остаточне за сучасними мірками поняття: електричний струм - це спрямований рух носіїв електричних зарядів (електронів, іонів, дірок тощо).

За напрямок електричного струму приймають напрямок руху позитивних зарядів; якщо струм створюється негативно зарядженими частинками (напр., електронами), то напрям струму вважають протилежним руху частинок.

Електричний струм називають постійним, якщо сила струму та його напрямок не змінюються з часом. Для виникнення та підтримки струму в будь-якому середовищі необхідне виконання двох умов: - Наявність у середовищі вільних електричних зарядів; - Створення в середовищі електричного поля.

Однак, дане уявлення електричного струму виявилося неспроможним при описі явища надпровідності. Крім того, як з'ясувалося, існує багато протиріч у зазначеному поданні електричного струму при описі функціонування практично всіх типів електронних приладів. Необхідність інтерпретації поняття електричний струм різних умовахі в різних типахелектронних приладах з одного боку, а також нерозуміння сутності електричного струму з іншого, змусило сучасну фізику зробити з електрона - носія електричного заряду, "фігаро" ("вільний", "швидкий", "вибитий", "випущений", "гальмівний", “релятивістський”, “фото”, “термо” тощо), що остаточно порушило питання “ що таке електричний струм?у глухий кут.

Значимість теоретичного уявлення електричного струму сучасних умовахзначно зросла не тільки через широке застосування електрики в життєдіяльності людини, а й через високу вартість і технічну доцільність, наприклад, наукових мегапроектів, що реалізуються всіма розвиненими країнами світу, в яких поняття електричного струму відіграє істотну роль.

Ефіродинамічна концепція представлення електричного струму.З наведеного вище визначення випливає, що електричний струм це спрямований рух носіїв електричних зарядів. Очевидно, що розтин фізичної сутності електричного струму знаходиться у вирішенні проблеми фізичної сутності електричного заряду і того, що є носієм цього заряду.

Проблема фізичної сутності електричного заряду це вирішена проблема, як класичної фізикою, і сучасної квантової протягом усієї історії розвитку електрики. Вирішення цієї проблеми виявилося можливим тільки з використанням методології ефіродинаміки, нової концепціїфізики XXI ст.

Відповідно до ефіродинамічного визначення : електричний заряд це міра руху потоку ефіру… .Електричний заряд це властивість властиве всім елементарним частинкам і лише. Електричний заряд це величина знаковизначена, тобто завжди позитивна.

З зазначеної фізичної сутності електричного заряду випливає некоректність вище представленого визначення електричного струму в частині того, що іони, дірки тощо.не можуть бути причиною електричного струму у зв'язку з тим, що не є носіями електричного заряду, оскільки не є елементами організаційного рівня фізичної матерії – елементарні частки (відповідно до визначення).

Електрони, як елементарні частинки мають електричний заряд, однак, згідно з визначенням: є однією з основних структурних одиниць речовини, що утворюютьелектронні оболонки атомів , будова яких визначає більшість оптичних, електричних, магнітних, механічних тахімічних властивостей речовини,не можуть бути рухомими (вільними) носіями електричного заряду. Вільний електрон – це міф, створений сучасною фізикою для інтерпретації поняття електричний струм, який не має жодного практичного чи теоретичного доказу. Очевидно, що, як тільки "вільний" електрон залишить атом речовини, утворюючи електричний струм, неодмінно мають відбутися зміни фізико-хімічних властивостейцієї речовини (згідно з визначенням), чого в природі не спостерігається. Це припущення було підтверджено дослідами німецького фізика Карла Віктора Едуарда Рікке: "проходження струму через метали (провідники першого роду) не супроводжується хімічною зміною їх". В даний час, залежність фізико-хімічних властивостей речовини від наявності того чи іншого електрона в атомі речовини добре вивчена та підтверджена експериментально, наприклад, у роботі.

Також існує посилання на досліди, виконані вперше в 1912 р. Л. І. Мандельштамом та Н. Д. Папалексі, але не опубліковані ними. Чотири роки (1916 р.) Р. Ч. Толмен і Т. Д. Стюарт опублікували результати своїх дослідів, що виявилися аналогічними дослідам Мандельштама і Папалексі. У сучасній фізиці ці досліди є безпосереднім підтвердженням того, що переносниками електрики в металі слід вважати вільні електрони.

Для того, щоб зрозуміти некоректність цих дослідів, достатньо розглянути схему та методику досліду, в якому як провідник використовувалася котушка індуктивності, яка розкручувалась навколо своєї осі та різко зупинялася. Котушка за допомогою ковзних контактів була підключена до гальванометра, який реєстрував виникнення інерційної ЕРС. Фактично можна сказати, що в даному досвіді роль сторонніх сил, що створюють ЕРС, грала сила інерції, тобто якщо в металі є вільні носії заряду, які мають масу, то вони повинні підкорятисязакону інерції . Твердження “ вони повинні підкорятисязакону інерції ” помилково у тому плані, що відповідно до рівневому підходу у створенні фізичної матерії , електрони, як елементи рівня “елементарні частки” підпорядковуються лише законам електро- і газодинаміки, т. е. закони механіки (Ньютона) до них не застосовні.

Для переконливості цього припущення розглянемо відоме завдання 3.1: обчислити відношення електростатичної (Fе) та гравітаційної (Fгр) сил взаємодії між двома електронами між двома протонами.

Рішення: для електронів Fе / Fгр = 4 · 10 42, для протонів Fе / Fгр = 1,24 · 10 36, тобто. вплив гравітаційних силнастільки мало, що брати їх до уваги не доводиться. Це твердження справедливе і сил інерції.

Це означає, що вираз для ЕРС (запропонований Р. Ч. Толменом та Т. Д. Стюартом), виходячи з її визначення через сторонні сили Fстор, що діють на заряди всередині провідника, що зазнав гальмування:

ε = 1/e ∫F стор∙dl,

некоректно у своїй постановці, тому що Fстор → 0.

Тим не менш, в результаті досвіду спостерігалося короткочасне відхилення стрілки гальванометра, яке потребує пояснення. Для розуміння цього процесу слід звернути увагу на сам гальванометр, як який був використаний так званий балістичний гальванометр. Його інструкція щодо використання має такий варіант.

Балістичний гальванометр може використовуватися як веберметр (тобто вимірювати магнітний потік через замкнутий провідник, наприклад котушку), для цього до контактів балістичного гальванометра підключають індуктивну котушку, яку поміщають в магнітне поле. Якщо після цього різко прибрати котушку з магнітного поляабо повернути так щоб вісь котушки була перпендикулярна силовим лініям поля, можна виміряти заряд пройшов через котушку, внаслідок електромагнітної індукції , т.к. зміна магнітного потоку пропорційно минулому заряду, проградуюючи відповідним чином гальванометр, можна визначати зміну потоку в веберах.

З вище викладеного очевидно, що використання балістичного гальванометра як веберметр відповідає методиці досвіду Р. Ч. Толмена і Т. Д. Стюарта по спостереженню інерційного струму в металах. Відкритим залишається питання про джерело магнітного поля, яким, наприклад, могло бути магнітне поле Землі. Вплив зовнішнього магнітного поля Р. Ч. Толменом і Т. Д. Стюартом до уваги не бралося і не досліджувалося, що призвело до міфологізації результатів досвіду.

Сутність електричного струму.З вище викладеного випливає, що відповіддю питанням, що таке електричний струм? також є вирішення проблеми носія електричного заряду. На підставі існуючих уявлень цієї проблеми можна сформулювати низку вимог, яким має задовольняти носій електричного заряду. А саме: носій електричного заряду має бути елементарною частинкою; носій електричного заряду повинен бути вільним та довгоживучим елементом; носій електричного заряду не повинен руйнувати структуру атома речовини.

Не складний аналіз існуючих фактів дозволяє дійти невтішного висновку, що вище зазначеним вимогам задовольняє лише одне елемент рівня “елементарні частинки” фізичної матерії: елементарна частка – фотон .

Сукупність фотонів разом із середовищем (ефіром), в якому вони існують, утворюють фотонний газ.

Зважаючи на фізичну сутність фотона і вище наведені відомості можна дати таке визначення:

Електричний струм це потік фотонного газу, призначений для перенесення енергії.

Для розуміння механізму руху електричного струму розглянемо відому модель транспортування газу метану. Спрощено вона включає магістральний трубопровід, який доставляє газ метан від газового родовищадо місця споживання. Для переміщення газу метану по магістральному трубопроводунеобхідно виконання умови – тиск газу метану на початку трубопроводу має бути більше тискугазу метану в кінці.

За аналогією з транспортуванням газу метану розглянемо схему руху електричного струму, що складається з батареї (джерела електричного струму), що має два контакти "+" і "-" та провідника. Якщо до контактів батареї приєднати металевий провідник, то отримаємо модель руху електричного струму, подібну до транспортування газу метану.

Умовою існування електричного струму у провіднику за аналогією з моделлю транспортування газу метану є наявність: джерела (газу) підвищеного тиску, Т. е. джерела високої концентрації носіїв електричного заряду; трубопроводу – провідника; споживача газу, тобто елемента, що забезпечує зниження тиску газу, тобто елемента (стік), що забезпечує зменшення концентрації носіїв електричного заряду.

Відмінністю електричних схемвід газо-, гідро- та ін є те, що конструктивно джерело і стік виконуються в одному вузлі (хімічному джерелі струму-батареї, електрогенераторі тощо). Механізм протікання електричного струму полягає в наступному: після під'єднання провідника до батареї, наприклад, хімічного джерела струму в зоні контакту "+" (анод) відбувається хімічна реакціявідновлення, у результаті якої здійснюється генерація фотонів, т. е. утворюється зона підвищеної концентрації носіїв електричного заряду. У цей час, у зоні контакту “-“ (катода) під впливом фотонів, що опинилися у цій зоні внаслідок перетікання по провіднику, відбувається реакція окислення (споживання фотонів), т. е. утворюється зона зниженої концентрації носіїв електричного заряду. Носії електричного заряду (фотони) із зони високої концентрації (джерела) рухаються провідником у зону низької концентрації (стоку). Таким чином, сторонньою силою або електрорушійною силою (ЕРС), що забезпечує електричний струм у ланцюзі, є різниця концентрації (тиску) носіїв електричного заряду (фотонів), що утворюється в результаті роботи хімічного джерела струму.

Ця обставина ще раз наголошує на справедливості основного виведення енергодинаміки , згідно з яким силові поля (і в тому числі електричне поле) утворюються не масами, зарядами та струмами самими по собі, а їх нерівномірним розподілом у просторі.

З розглянутої сутності електричного струму очевидна абсурдність досвіду Р. Ч. Толмена і Т. Д. Стюарта по спостереженню інерційного струму в металах. Спосіб генерації фотонів за рахунок зміни швидкості механічного руху будь-якого макроскопічного тіла в природі в даний час не існує.

Цікавим аспектом вище викладеного уявлення електричного струму є його порівняння з уявленням поняття "світло", розглянутого в роботі: світло це потік фотонного газу… .Зазначене порівняння дозволяє зробити висновок: світло це електричний струм. Відмінність у цих поняттях полягає лише у спектральному складі фотонів, що утворюють світло чи електричний струм, наприклад, у металевих провідниках. Для більш переконливого розуміння цієї обставини розглянемо схему генерації електричного струму за допомогою сонячної батареї. Потік сонячного світла(Фотон видимого діапазону) від джерела (сонце) досягає сонячної батареї, яка перетворює падаючий потік світла в електричний струм (потік фотонів), який по металевому провіднику надходить споживачу (стік). У цьому випадку сонячна батарея виконує роль перетворювача спектра потоку фотонів, що випромінюється сонцем у спектр фотонів електричного струму металевому провіднику.

Висновки. У сучасній фізиці немає доказів, що електричний струм це спрямоване рух електронів чи інших частинок. Навпаки, сучасні уявленняпро електроні, електричний заряд і досліди Рікке вказують на помилковість даного поняття електричного струму.

Обґрунтування сукупності вимог до носія електричного заряду, з урахуванням його ефіродинамічної сутності, дозволили встановити, що електричний струм це потік фотонного газу, призначений для перенесення енергії.

Рух електричного струму здійснюється із зони високої концентрації фотонів (витік) до зони низької концентрації (стік).

Для виникнення та підтримки струму в будь-якому середовищі необхідно виконання трьох умов: підтримка (генерація) високої концентрації фотонів у зоні витоку, наявність провідника, що забезпечує перетікання фотонів та створення зони споживання фотонів в області стоку.

Електрон.

Лямін В.С. , Лямін Д. В. м. Львів

Електричний струм

Насамперед, варто з'ясувати, що є електричним струмом. Електричний струм – це впорядкований рух заряджених частинок у провіднику. Щоб він виник, слід попередньо створити електричне поле, під дією якого вищезгадані заряджені частинки почнуть рухатися.

Перші відомості про електрику, що з'явилися багато століть тому, належали до електричних зарядів, отриманих за допомогою тертя. Вже в давнину люди знали, що бурштин, потертий об шерсть, набуває здатності притягувати легкі предмети. Але тільки наприкінці XVI століття англійський лікар Джильберт докладно досліджував це явище і з'ясував, що такі самі властивості мають і багато інших речовин. Тіла, здатні, подібно до бурштину, після натирання притягувати легкі предмети, він назвав наелектризованими. Це слово утворене від грецького електрон – «бурштин». Нині говоримо, що у тілах у такому стані є електричні заряди, а самі тіла називаються «зарядженими».

Електричні заряди завжди виникають при тісному контакті різних речовин. Якщо тіла тверді, їх тісному зіткненню перешкоджають мікроскопічні виступи і нерівності, що є з їхньої поверхні. Здавлюючи такі тіла і притираючи їх одне до одного, ми зближуємо їх поверхні, які без натиску торкалися б лише кількох точках. У деяких тілах електричні заряди можуть вільно переміщатися між різними частинами, А в інших це неможливо. У першому випадку тіла називають «провідники», а у другому – «діелектрики, або ізолятори». Провідниками є всі метали, водні розчини солей і кислот та ін. Прикладами ізоляторів можуть бути бурштин, кварц, ебоніт і всі гази, що знаходяться в нормальних умовах.

Проте слід зазначити, що поділ тіл на провідники та діелектрики дуже умовний. Усі речовини більшою чи меншою мірою проводять електрику. Електричні заряди бувають позитивними та негативними. Такого роду струм проіснує недовго, бо в наелектризованому тілі скінчиться заряд. Для тривалого існування електричного струму у провіднику необхідно підтримувати електричне поле. Для цього використовуються джерела електроструму. Найпростіший випадок виникнення електричного струму - коли один кінець дроту з'єднаний з наэлектризованным тілом, а інший - із землею.

Електричні ланцюги, що підводять струм до освітлювальних ламп і електромоторів, з'явилися лише після винаходу батарей, що датується приблизно 1800 роком. Після цього розвиток вчення про електрику пішов так швидко, що менш ніж за сторіччя воно стало не просто частиною фізики, а лягло в основу нової електричної цивілізації.

Основні величини електричного струму

Кількість електрики та сила струму. Дії електричного струму можуть бути сильними чи слабкими. Сила дії електричного струму залежить від величини заряду, що протікає ланцюгом за певну одиницю часу. Чим більше електронів перемістилося від одного полюса джерела до іншого, тим більше заряд, перенесений електронами. Такий загальний заряд називається кількість електрики, що проходить крізь провідник.

Від кількості електрики залежить, зокрема, хімічна дія електричного струму, тобто чим більший заряд пройшов через розчин електроліту, тим більше речовини осяде на катоді та аноді. У зв'язку з цим кількість електрики можна підрахувати, зваживши масу речовини, що відклалася на електроді, і знаючи масу і заряд одного іона цієї речовини.

Силою струму називається величина, що дорівнює відношенню електричного заряду, що пройшов через поперечний переріз провідника, до його протікання. Одиницею виміру заряду є кулон (Кл), час вимірюється в секундах (с). І тут одиниця сили струму виявляється у Кл/с. Таку одиницю називають ампером (А). Для того, щоб виміряти силу струму в ланцюзі, застосовують електровимірювальний прилад, званий амперметром. Для включення в ланцюг амперметр забезпечений двома клемами. У його ланцюг включають послідовно.

Електрична напруга. Ми вже знаємо, що електричний струм є впорядкованим рухом заряджених частинок - електронів. Цей рух створюється за допомогою електричного поля, яке здійснює при цьому певну роботу. Це називається роботою електричного струму. Для того, щоб перемістити більший заряд електричним ланцюгом за 1 с, електричне поле повинно виконати велику роботу. Виходячи з цього, з'ясовується, що робота електричного струму має залежати від сили струму. Але існує ще одне значення, від якого залежить робота струму. Цю величину називають напругою.

Напруга - це відношення роботи струму на певній ділянці електричного ланцюга до заряду, що протікає по цій же ділянці ланцюга. Робота струму вимірюється у джоулях (Дж), заряд – у кулонах (Кл). У зв'язку з цим одиницею виміру напруги стане 1 Дж/Кл. Цю одиницю назвали вольтом (В).

Для того щоб в електричному ланцюзі виникла напруга, потрібне джерело струму. При розімкнутому ланцюгу напруга є тільки на клемах джерела струму. Якщо це джерело струму включити в ланцюг, напруга виникне і окремих ділянках ланцюга. У зв'язку з цим з'явиться струм у ланцюгу. Тобто коротко можна сказати таке: якщо в ланцюзі немає напруги, немає і струму. Для того щоб виміряти напругу застосовують електровимірювальний прилад, званий вольтметром. Своїм зовнішнім виглядомвін нагадує амперметр, що раніше згадувався, з тією лише різницею, що на шкалі вольтметра стоїть буква V (замість А на амперметрі). Вольтметр має дві клеми, за допомогою яких він паралельно вмикається в електричний ланцюг.

Електричний опір. Після підключення в електричний ланцюг усіляких провідників та амперметра можна помітити, що при використанні різних провідників амперметр видає різні показання, тобто в цьому випадку сила струму, що є в електричному ланцюзі, різна. Це можна пояснити тим, що різні провідники мають різне електричний опір, Яке являє собою фізичну величину На честь німецького фізика її назвали Омом. Як правило, у фізиці застосовуються більше великі одиниці: кілоом, мегаом та ін. Опір провідника зазвичай позначається буквою R, довжина провідника - L, площа поперечного перерізу- S. У цьому випадку можна опір записати у вигляді формули:

де коефіцієнт р називається питомим опором. Цей коефіцієнт виражає опір провідника довжиною в 1 м при площі поперечного перерізу, що дорівнює 1 м2. Питомий опір виражається в Ом х м. Оскільки дроти, як правило, мають досить малий переріз, зазвичай їх площі виражають у квадратних міліметрах. У цьому випадку одиницею питомого опорустане Ом х мм2/м. У наведеній нижче табл. 1 показані питомі опори деяких матеріалів.

За даними табл. 1 стає зрозуміло, що найменший питомий електричний опір має мідь, найбільше - метал металів. Крім цього, великий питомий опір мають діелектрики (ізолятори).

Електрична ємність. Ми вже знаємо, що два ізольовані один від одного провідники можуть накопичувати електричні заряди. Це характеризується фізичної величиною, яку назвали електричної ємністю. Електрична ємність двох провідників - не що інше, як відношення заряду одного з них до різниці потенціалів між цим провідником та сусіднім. Чим менше буде напруга при отриманні заряду провідниками, тим більша їхня ємність. За одиницю електричної ємності приймають фарад (Ф). Насправді застосовуються частки цієї одиниці: микрофарад (мкФ) і пикофарад (пФ).

Яндекс.ДиректУсі оголошенняКвартири подобово в Казані!Квартири від 1000 руб. подобово. Міні-готелі. Звітні документи16.forguest.ru Квартири подобово в КазаніЗатишні квартири у всіх районах Казані. Швидка оренда квартир подобово. Новий Яндекс.Браузер!Зручні закладки та надійний захист. Браузер для приємних прогулянок мережею!browser.yandex.ru 0+

Якщо взяти два ізольованих один від одного провідника, розмістити їх на невеликій відстані один від одного, то вийде конденсатор. Місткість конденсатора залежить від товщини його пластин і товщини діелектрика та його проникності. Зменшуючи товщину діелектрика між пластинами конденсатора можна набагато збільшити ємність останнього. На всіх конденсаторах, окрім їхньої ємності, обов'язково вказується напруга, на яку розраховані ці пристрої.

Робота та потужність електричного струму. Зі сказаного вище відомо, що електричний струм здійснює певну роботу. При підключенні електродвигунів електрострум змушує працювати всіляке обладнання, рухає рейками поїзда, освітлює вулиці, обігріває житло, а також справляє хімічний вплив, тобто дозволяє виконувати електроліз і т. д. Можна сказати, що робота струму на певній ділянці ланцюга дорівнює добутку сили струму, напруги та часу, протягом якого здійснювалася робота. Робота вимірюється в джоулях, напруга – у вольтах, сила струму – амперах, час – у секундах. У зв'язку з цим 1 Дж = 1В х 1А х 1с. З цього виходить, щоб виміряти роботу електричного струму, слід задіяти відразу три прилади: амперметр, вольтметр і годинник. Але це громіздко та малоефективно. Тому, як правило, роботу електричного струму заміряють електричними лічильниками. У пристрої даного приладує всі вищеназвані прилади.

Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи струму до часу, протягом якого вона відбувалася. Потужність позначається літерою «Р» і виявляється у ватах (Вт). На практиці використовують кіловати, мегавати, гектовати та ін. Для того щоб заміряти потужність ланцюга, потрібно взяти ватметр. Електротехніки роботу струму виражають у кіловат-годинах (кВтч).

Основні закони електричного струму

Закон Ома. Напруга та струм вважаються найбільш зручними характеристиками електричних кіл. Однією з головних особливостей застосування електрики є швидке транспортування енергії з одного місця в інше та передача її споживачеві в потрібну форму. Добуток різниці потенціалів на силу струму дає потужність, тобто кількість енергії, що віддається в ланцюзі на одиницю часу. Як було сказано вище, щоб виміряти потужність в електричному ланцюзі, знадобилося б 3 прилади. А чи не можна обійтися одним і обчислити потужність за його показаннями та якоюсь характеристикою ланцюга, на кшталт його опору? Багатьом ця ідея сподобалася, вони вважали її плідною.

Отже, що ж таке опір дроту чи ланцюга загалом? Чи має дріт, подібно водопровідним трубамчи трубам вакуумної системи, постійною властивістю, яку можна було б назвати опором? Наприклад, у трубах відношення різниці тиску, що створює потік, поділений на витрату, зазвичай є постійною характеристикою труби. Так само тепловий потік у дроті підпорядковується простому співвідношенню, в яке входить різниця температур, площа поперечного перерізу дроту та його довжина. Відкриття такого співвідношення для електричних ланцюгівстало результатом успішних пошуків.

У 1820-х роках німецький шкільний вчитель Георг Ом першим розпочав пошуки вищезгаданого співвідношення. Насамперед, він прагнув слави та популярності, які б дозволили йому викладати в університеті. Тільки тому він вибрав таку сферу досліджень, яка обіцяла особливі переваги.

Він був сином слюсаря, тому знав, як витягувати металевий дріт різної товщини, потрібний йому для дослідів. Оскільки на той час не можна було купити придатний дріт, Ом виготовляв його власноруч. Під час дослідів він пробував різні довжини, різні товщини, різні метали та навіть різні температури. Усі ці чинники він варіював по черзі. За часів Ома батареї були ще слабкі, давали струм непостійної величини. У зв'язку з цим дослідник як генератор застосував термопару, гарячий спай якої був поміщений в полум'я. Крім цього, він використовував грубий магнітний амперметр, а різниці потенціалів (Ом називав їх «напруженнями») заміряв шляхом зміни температури або числа термоспаїв.

Вчення про електричні ланцюги тільки-но отримало свій розвиток. Після того, як приблизно в 1800 році винайшли батареї, воно стало розвиватися набагато швидше. Проектувалися і виготовлялися (досить часто вручну) різні прилади, відкривалися нові закони, з'являлися поняття та терміни і т. д. Усе це призвело до глибшого розуміння електричних явищ та факторів.

Оновлення знань про електрику, з одного боку, стало причиною появи нової галузі фізики, з іншого боку, стало основою для бурхливого розвитку електротехніки, тобто були винайдені батареї, генератори, системи електропостачання для освітлення та електричного приводу, електропечі, електромотори та інше , інше.

Відкриття Ома мали велике значення як у розвитку вчення про електрику, так розвитку прикладної електротехніки. Вони дозволили легко пророкувати властивості електричних кіл для постійного струму, а згодом - для змінного. У 1826 році Ом опублікував книгу, в якій виклав теоретичні висновки та експериментальні результати. Але його надії не виправдалися, книгу зустріли глумом. Це сталося тому, що метод грубого експериментування здавався мало привабливим у епоху, коли багато хто захоплювався філософією.

Йому не залишалося нічого іншого, як залишити посаду викладача. Призначення в університет він не домігся з цієї причини. Протягом 6 років вчений жив у злиднях, без впевненості в майбутньому, відчуваючи гірке розчарування.

Але поступово його праці здобули популярність спочатку за межами Німеччини. Ома поважали за кордоном, користувалися його дослідженнями. У зв'язку із цим співвітчизники змушені були визнати його на батьківщині. 1849 року він отримав посаду професора Мюнхенського університету.

Ом відкрив простий закон, що встановлює зв'язок між силою струму та напругою для відрізка дроту (для частини ланцюга, для всього ланцюга). Крім цього, він склав правила, які дозволяють визначити, що зміниться, якщо взяти дріт іншого розміру. Закон Ома формулюється наступним чином: сила струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на цій ділянці і обернено пропорційна опору ділянки.

Закон Джоуля-Ленца. Електричний струм у будь-якій ділянці ланцюга виконує певну роботу. Наприклад візьмемо якусь ділянку ланцюга, між кінцями якого є напруга (U). За визначенням електричної напруги робота, що здійснюється при переміщенні одиниці заряду між двома точками, дорівнює U. Якщо сила струму на даній ділянці ланцюга дорівнює i, то за час t пройде заряд it, і тому робота електричного струму в цій ділянці буде:

Це вираз справедливо для постійного струму в будь-якому випадку, для будь-якої ділянки ланцюга, який може містити провідники, електромотори та ін. Потужність струму, тобто робота в одиницю часу, дорівнює:

Цю формулу застосовують у системі СІ визначення одиниці напруги.

Припустимо, що ділянка ланцюга є нерухомим провідником. У цьому випадку вся робота перетвориться на тепло, яке виділиться у цьому провіднику. Якщо провідник однорідний і підпорядковується закону Ома (сюди відносяться всі метали та електроліти), то:

де r – опір провідника. В такому випадку:

Цей закон уперше досвідченим шляхом вивів Е. Ленц і, незалежно від нього, Джоуль.

Слід зазначити, що нагрівання провідників знаходить численне застосування у техніці. Найпоширеніше і найважливіше серед них – освітлювальні лампи розжарювання.

Закон електромагнітної індукції. У першій половині ХІХ століття англійський фізик М. Фарадей відкрив явище магнітної індукції. Цей факт, став надбанням багатьох дослідників, дав потужний поштовх розвитку електро-і радіотехніки.

У ході дослідів Фарадей з'ясував, що при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню, обмежену замкнутим контуром, у ньому виникає електричний струм. Це і є основою, мабуть, найважливішого закону фізики – закону електромагнітної індукції. Струм, який виникає у контурі, назвали індукційним. У зв'язку з тим, що електрострум виникає в ланцюгу тільки у разі впливу на вільні заряди сторонніх сил, то при змінному магнітному потоці, що проходить по поверхні замкнутого контуру, в ньому з'являються ці сторонні сили. Дія сторонніх сил у фізиці називається електрорушійною силою або ЕРС індукції.

Електромагнітна індукція з'являється також у незамкнутих провідниках. У тому випадку, коли провідник перетинає магнітні силові лінії, на його кінцях виникає напруга. Причиною появи такої напруги стає ЕРС індукції. Якщо магнітний потік, що проходить крізь замкнутий контур, не змінюється, то індукційний струм не з'являється.

За допомогою поняття «ЕРС індукції» можна розповісти про закон електромагнітної індукції, тобто ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.

Правило Ленца. Як ми знаємо, у провіднику виникає індукційний струм. Залежно та умовами своєї появи він має різний напрямок. З цього приводу російський фізик Ленц сформулював таке правило: індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, завжди має такий напрям, що створюване ним магнітне поле не дає магнітного потокузмінюватись. Усе це викликає виникнення індукційного струму.

Індукційний струм, як і будь-який інший, має енергію. Отже, у разі індукційного струму з'являється електрична енергія. Згідно із законом збереження та перетворення енергії, вищеназвана енергія може виникнути тільки за рахунок кількості енергії будь-якого іншого виду енергії. Таким чином, правило Ленца повністю відповідає закону збереження та перетворення енергії.

Крім індукції, у котушці може з'являтися так звана самоіндукція. Її суть полягає у наступному. Якщо в котушці виникає струм або його сила змінюється, то з'являється магнітне поле, що змінюється. А якщо змінюється магнітний потік, що проходить через котушку, то в ній виникає електрорушійна сила, яка називається ЕРС самоіндукції.

Згідно з правилом Ленца, ЕРС самоіндукції при замиканні ланцюга створює перешкоди силі струму і не дає їй зростати. При вимиканні ланцюга ЕРС самоіндукції знижує силу струму. У тому випадку, коли сила струму в котушці досягає певного значення, магнітне поле перестає змінюватися і ЕРС самоіндукції набуває нульового значення.

Що таке електричний струм

Спрямований рух електрично заряджених частинок під впливом. Такими частинками можуть бути: у провідниках – електрони, в електролітах – іони (катіони та аніони), у напівпровідниках – електрони і, так звані, "дірки" ("електронно-діркова провідність"). Також існує " струм зміщення " , перебіг якого зумовлено процесом заряду ємності, тобто. зміною різниці потенціалів між обкладками. Між обкладками ніякого руху частинок немає, але струм через конденсатор протікає.

Теоретично електричних ланцюгів за струм прийнято вважати спрямоване рух носіїв заряду у провідній середовищі під впливом електричного поля.

Струменем провідності (просто струмом) в теорії електричних ланцюгів називають кількість електрики, що протікає за одиницю часу через поперечний переріз провідника: i=q/t , де i - Струм. А; q = 1,6 · 109 - заряд електрона, Кл; t – час, с.

Цей вираз справедливий для ланцюгів постійного струму. Для ланцюгів змінного струму застосовують так зване миттєве значення струму, рівну швидкостізміни заряду в часі: i(t) = dq/dt.

Електричний струм виникає тоді, коли на ділянці електричного кола з'являється електричне поле, або різницю потенціалів між двома точками провідника. Різниця потенціалів між двома точками називають напругою або падінням напруги на цій ділянці ланцюга.

Замість терміну "струм" ("величина струму") часто застосовується термін "сила струму". Однак останній не можна назвати вдалим, тому що сила струму не є будь-якою силою в буквальному значенні цього слова, а лише інтенсивність руху електричних зарядів у провіднику, кількість електрики, що проходить за одиницю часу через площу поперечного перерізу провідника.
Струм характеризується , що у системі СІ вимірюється в амперах (А), і щільністю струму , що у системі СІ вимірюється в амперах на квадратний метр.
Один ампер відповідає переміщенню через поперечний переріз провідника протягом однієї секунди (з) заряду електрики завбільшки в один кулон (Кл):

1А = 1Кл/с.

У загальному випадку, Позначивши струм буквою i, а заряд q, отримаємо:

i = dq/dt.

Одиниця струму називається ампер (А). Струм у провіднику дорівнює 1 А, якщо через поперечний переріз провідника за 1 с проходить електричний заряд, рівний 1 кулон.

Якщо вздовж провідника діє напруга, то всередині провідника виникає електричне поле. При напруженості поля Е на електрони із зарядом е діє сила f = Ее. Величини f та E векторні. Протягом часу вільного пробігу електрони набувають направленого руху поряд з хаотичним. Кожен електрон має негативний заряд і отримує складову швидкості, спрямовану протилежно до вектора Е (рис. 1). Упорядкований рух, який характеризується деякою середньою швидкістюелектронів vcp визначає протікання електричного струму.

Електрони можуть мати спрямований рух у розріджених газах. В електролітах та іонізованих газах протікання струму в основному зумовлене рухом іонів. Відповідно до того, що в електролітах позитивно заряджені іони рухаються від позитивного полюса до негативного, історично напрям струму був прийнятий зворотним напрямом руху електронів.

За напрям струму приймається напрям, у якому переміщуються позитивно заряджені частки, тобто. напрямок, протилежний переміщенню електронів.
Теоретично електричних ланцюгів за напрям струму в пасивної ланцюга (поза джерелами енергії) взято напрямок руху позитивно заряджених частинок від вищого потенціалу до нижчого. Такий напрямок було прийнято на початку розвитку електротехніки і суперечить справжньому напрямку руху носіїв заряду - електронів, що рухаються в провідних середовищах від мінуса до плюсу.

Величина, що дорівнює відношенню струму до площі поперечного перерізу S, називаються щільністю струму (позначається δ): δ= I/S

При цьому передбачається, що струм рівномірно розподілено за перерізом провідника. Щільність струму у проводах зазвичай вимірюється А/мм2.

За типом носіїв електричних зарядів та середовища їх переміщення розрізняють струми провідностіі струми усунення. Провідність ділять на електронну та іонну. Для режимів, що встановилися, розрізняють два види струмів: постійний і змінний.

Електричним струмом перенесенняназивають явище перенесення електричних зарядів зарядженими частинками або тілами, що рухаються в вільному просторі. Основним видом електричного струму перенесення є рух у порожнечі елементарних частинок, що мають заряд (рух вільних електронів в електронних лампах), рух вільних іонів у газорозрядних приладах.

Електричним струмом усунення (струмом поляризації)називають упорядкований рух пов'язаних носіїв електричних зарядів. Цей вид струму можна спостерігати у діелектриках.
Повний електричний струм- скалярна величина, рівна суміелектричного струму провідності, електричного струму перенесення та електричного струму зміщення крізь поверхню, що розглядається.

Постійним називають струм, який може змінюватися за величиною, але не змінює свого знака скільки завгодно довгий час. Докладніше про це читайте тут:

Змінним називають струм, який періодично змінюється як за величиною, і за знаком.Величиною, що характеризує змінний струм, є частота (у системі СІ вимірюється у герцах), у тому випадку, коли його сила змінюється періодично. Змінний струм високої частотивитісняється на поверхню провідника. Струми високої частоти застосовується в машинобудуванні для термообробки поверхонь деталей та зварювання, в металургії для плавки металів.Змінні струми поділяють на синусоїдальні та несинусоїдальні. Синусоїдальним називають струм, що змінюється за гармонійним законом:

i = Im sin ωt,

Швидкість зміни змінного струму характеризується його , визначається як число повних коливань, що повторюються, в одиницю часу. Частота позначається буквою f і вимірюється у герцах (Гц). Так, частота струму в мережі 50 Гц відповідає 50 повним коливанням на секунду. Кутова частота - швидкість зміни струму в радіанах в секунду і пов'язана з частотою простим співвідношенням:

ω = 2πf

Установлені (фіксовані) значення постійного та змінного струмівпозначають великою літерою I невстановлені (миттєві) значення - літерою i. Умовно позитивним напрямом струму вважають напрямок руху позитивних зарядів.

Це струм, який змінюється згідно із законом синуса з часом.

Під змінним струмом також мають на увазі струм у звичайних одно-і трифазних мережах. І тут параметри змінного струму змінюються за гармонійним законом.

Оскільки змінний струм змінюється у часі, прості способиВирішення завдань, придатні для ланцюгів постійного струму, тут безпосередньо не застосовні. При дуже високих частотах заряди можуть здійснювати коливальний рух - перетікати з одних місць ланцюга до інших і назад. При цьому, на відміну від кіл постійного струму, струми в послідовно з'єднаних провідниках можуть виявитися неоднаковими. Ємності, які є в ланцюгах змінного струму, посилюють цей ефект. Крім того, при зміні струму позначаються ефекти самоіндукції, які стають суттєвими навіть за низьких частот, якщо використовуються котушки з великою індуктивністю. При порівняно низьких частотах ланцюга змінного струму можна розраховувати за допомогою , які, однак, необхідно відповідним чином модифікувати.

Ланцюг, до якого входять різні резистори, котушки індуктивності та конденсатори, можна розглядати, якби вона складалася з узагальнених резистора, конденсатора та котушки індуктивності, з'єднаних послідовно.

Розглянемо властивості такого ланцюга, підключеного до генератора синусоїдального змінного струму. Щоб сформулювати правила, що дозволяють розраховувати ланцюги змінного струму, потрібно знайти співвідношення між падінням напруги та струмом для кожного компонента такого ланцюга.

Відіграє різні ролі в ланцюгах змінного і постійного струмів. Якщо, наприклад, до ланцюга підключити електрохімічний елемент, то конденсатор почне заряджатися, поки напруга на ньому стане рівною ЕРС елемента. Потім зарядка припиниться і струм впаде до нуля. Якщо ж ланцюг підключений до генератора змінного струму, то в один напівперіод електрони витікатимуть з лівої обкладки конденсатора і накопичуватимуться на правій, а в іншій - навпаки. Ці електрони, що переміщаються, і являють собою змінний струм, сила якого однакова по обидва боки конденсатора. Поки частота змінного струму дуже велика, струм через резистор і котушку індуктивності також однаковий.

У пристроях-споживачах змінного струму змінний струм часто випрямляється випрямлячами отримання постійного струму.

Провідники електричного струму

Матеріал, у якому тече струм, називається . Деякі матеріали при низьких температурахпереходять у стан надпровідності. У такому стані вони не чинять майже жодного опору струму, їхній опір прагне нуля. У решті випадків провідник чинить опір течії струму й у результаті частина енергії електричних частинок перетворюється на тепло. Силу струму можна розрахувати для ділянки ланцюга і закону Ома для повного ланцюга.

Швидкість руху частинок у провідниках залежить від матеріалу провідника, маси та заряду частки, навколишньої температури, прикладеної різниці потенціалів і становить величину, набагато меншу за швидкість світла. Попри це, швидкість поширення власне електричного струму дорівнює швидкості світла у цьому середовищі, тобто швидкості поширення фронту електромагнітної хвилі.

Як струм впливає на організм людини

Струм, пропущений через організм людини або тварини, може спричинити електричні опіки, фібриляцію або смерть. З іншого боку, електричний струм використовують у реанімації, для лікування психічних захворювань, особливо депресії, електростимуляцію певних областей головного мозку застосовують для лікування таких захворювань, як хвороба Паркінсона та епілепсія, водій ритму, що стимулює серцевий м'яз імпульсним струмом, використовують при брадикардії. В організмі людини і тварин струм використовується передачі нервових імпульсів.

За технікою безпеки, мінімально відчутний людиною струм становить 1 мА. Небезпечним для життя людини струм стає з сили приблизно 0,01 А. Смертельним для людини струм стає з сили приблизно 0,1 А. Безпечним вважається напруга менше 42 В.

Умови появи струму

Сучасна наука створила теорії, що пояснюють природні процеси. В основі багатьох процесів лежить одна з моделей будови атома, так звана планетарна модель. Відповідно до цієї моделі атом складається з позитивно зарядженого ядра і негативно зарядженої хмари з електронів, що оточує ядро. Різні речовини, що складаються з атомів, здебільшого стабільні і незмінні за своїми властивостями за незмінних умов довкілля. Але в природі існують процеси, які можуть змінювати стабільний стан речовин і викликати в цих речовинах явище, яке називається електричним струмом.

Таким основним процесом для природи є тертя. Багато хто знає, що якщо волосся розчісувати гребінцем, виготовленою з деяких видів пластику, або носити одяг з деяких видів тканини, виникає ефект прилипання. Волосся притягується і прилипає до гребінця, те саме відбувається і з одягом. Пояснюється цей ефект тертям, яке порушує стабільність матеріалу гребінця або тканини. Електронна хмара може зміщуватися щодо ядра або частково руйнуватися. І в результаті речовина набуває електричного заряду, знак якого визначається будовою цієї речовини. Електричний заряд, що виникає в результаті тертя, називають електростатичним.

Виходить пара із заряджених речовин. Кожна речовина має певний електричний потенціал. На простір між двома зарядженими речовинами діє електричне, у разі електростатичне поле. Ефективність електростатичного поля залежить від величин потенціалів і визначається як різниця потенціалів чи напруга.

• Коли виникає напруга, у просторі між потенціалами з'являється спрямований рух заряджених частинок речовин – електричний струм.

Де тече електричний струм?

При цьому потенціали зменшуватимуться, якщо тертя припиниться. І, зрештою, потенціали зникнуть, а речовини знову набудуть стабільності.

Але якщо процес формування потенціалів і напруги продовжуватиметься у бік їх збільшення, струм також збільшуватиметься відповідно до властивостей речовин, що заповнюють простір між потенціалами. Найбільш наочною демонстрацією такого процесу є блискавка. Тертя висхідного та низхідного потоків повітря один про одного призводить до появи величезної напруги. В результаті один потенціал формується висхідними потоками в небі, а інший низхідними потоками в землі. І, зрештою, через властивості повітря виникає електрострум у вигляді блискавки.

• Першою причиною появи електричного струму є напруга.
• Другою причиною появи електроструму є простір, у якому діє напруга – його розміри і чим вона заповнена.

Напруга з'являється не лише від тертя. Інші фізичні та хімічні процеси, які порушують врівноваженість атомів речовини, також призводять до появи напруги. Напруга виникає лише як результат взаємодії чи

• однієї речовини з іншою речовиною;
• однієї або кількох речовин з полем чи випромінюванням.

Напруга може з'явитися від:

• хімічної реакції, яка відбувається в речовині, як, наприклад, у всіх батареях і акумуляторах, а також у всіх живих істотах;
• електромагнітного випромінювання, як, наприклад, сонячних батареяхта теплових електрогенераторах;
• електромагнітного поля, як, наприклад, у всіх динамо-машинах.

Електрострум має природу відповідну речовину, в якій він тече. Тому різниться:

• у металах;

• у рідинах та газах;

• у напівпровідниках

У металах електрострумів складається тільки з електронів, у рідинах і газах – з іонів, у напівпровідниках – з електронів та «дірок».

Постійний та змінний струм

Напруга щодо своїх потенціалів, знаки яких залишаються незмінними, може змінюватись лише за величиною.

• При цьому виникає постійний або імпульсний електричний струм.

Електрострум залежить від тривалості цієї зміни та властивостей простору, заповненого речовиною між потенціалами.

• Але якщо знаки потенціалів змінюються і це призводить до зміни напряму струму, він називається змінним, як і напруга, що його визначає.

Життя та електричний струм

Для кількісних та якісних оцінок електричного струму сучасній науціта техніці використовуються певні закони та величини. Основними законами є:

• закон Кулону;
• закон Ома.

Шарль Кулон у 80-х роках 18 століття визначив появу напруги, а Георг Ом у 20-х роках 19 століття визначив появу електроструму.

У природі та людської цивілізації він використовується в основному як переносник енергії та інформації, а тема його вивчення та використання так само неосяжна, як і саме життя. Наприклад, дослідження показали, що всі живі організми живуть тому, що м'язи серця скорочуються від впливу імпульсів електроструму, що виробляється в організмі. Усі інші м'язи працюють аналогічно. Клітина при розподілі використовує інформацію на основі електроструму понад високі частоти. Перелік подібних фактів із уточненнями можна продовжити в обсязі книги.

Вже багато зроблено відкриттів, пов'язаних з електричним струмом, і ще більше потрібно зробити. Тому з появою нових інструментів для досліджень з'являються нові закони, матеріали та інші результати для практичного використання цього явища.