Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketi nedir? Birçoğu için bu anlaşılmaz bir alandır, ancak aslında her şey çok basittir. Dolayısıyla, yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketinden bahsettiklerinde, akımı kastediyorlar. Ana özelliklerine ve formülasyonlarına bakalım ve onunla çalışırken güvenlik sorunlarını göz önünde bulunduralım.
Genel bilgiler
Bir tanımla başlayın. Elektrik akımı ile her zaman, bir elektrik alanının etkisi altında gerçekleştirilen yüklü parçacıkların düzenli (yönlendirilmiş) hareketi kastedilmektedir. Bu durumda ne tür nesneler düşünülebilir? Parçacıklar elektronlar, iyonlar, protonlar, delikler anlamına gelir. Mevcut gücün ne olduğunu bilmek de önemlidir. Bu, iletkenin kesiti boyunca birim zamanda akan yüklü parçacıkların sayısıdır.
Olayın doğası
Bütün fiziksel maddeler atomlardan oluşan moleküllerden oluşur. Ayrıca elementleri (çekirdek ve onun etrafında dönen elektronlar) olduğu için nihai malzeme değildirler. Tüm kimyasal reaksiyonlara parçacıkların hareketi eşlik eder. Örneğin elektronların katılımıyla bazı atomlar eksikliklerini yaşarken, diğerleri fazlalık yaşayacaktır. Bu durumda, maddelerin zıt yükleri vardır. Temasları gerçekleşirse, birinden gelen elektronlar diğerine gitme eğiliminde olacaktır.
Temel parçacıkların böyle bir fiziksel doğası, elektrik akımının özünü açıklar. Yüklü parçacıkların bu yönlü hareketi, değerler eşitlenene kadar devam edecektir. Bu durumda, değişikliklerin reaksiyonu bir zincirdir. Başka bir deyişle, ayrılan elektron yerine yerine başka bir elektron gelir. Yer değiştirme için komşu atomun parçacıkları kullanılır. Ancak zincir burada da bitmiyor. Bir elektron, örneğin akan akımın kaynağının negatif kutbundan en uç atoma da gelebilir.
Böyle bir duruma örnek olarak pil verilebilir. Elektronlar iletkenin negatif tarafından kaynağın pozitif kutbuna doğru hareket eder. Negatif olarak enfekte olan bileşendeki tüm parçacıklar bittiğinde akım durur. Bu durumda pilin bitmiş olduğu söylenir. Bu şekilde hareket eden yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketinin hızı nedir? Bu soruyu yanıtlamak ilk bakışta göründüğü kadar kolay değil.
Stresin rolü
Bu konsept ne için kullanılıyor? Voltaj, içindeki iki nokta arasındaki potansiyel fark olan bir elektrik alanının bir özelliğidir. Birçokları için bu kafa karıştırıcı görünebilir. Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş (düzenli) hareketi söz konusu olduğunda, voltajı anlamanız gerekir.
Basit bir iletkenimiz olduğunu düşünelim. Bu, bakır veya alüminyum gibi metalden yapılmış bir tel olabilir. Bizim durumumuzda, bu çok önemli değil. Bir elektronun kütlesi 9.10938215(45)×10-31kg'dır. Bu oldukça maddi olduğu anlamına gelir. Ancak iletken metal katıdır. O halde elektronlar içinden nasıl akabilir?
Metal ürünlerde neden akım olabilir
Her birimizin okulda öğrenme fırsatı bulduğu kimyanın temellerine dönelim. Maddedeki elektron sayısı proton sayısına eşitse, elementin nötr olması sağlanır. Mendeleev'in periyodik yasasına dayanarak, hangi maddenin ele alınması gerektiği belirlenir. Proton ve nötron sayısına bağlıdır. Çekirdeğin ve elektronların kütleleri arasındaki büyük farkı görmezden gelmek imkansızdır. Kaldırılırlarsa, atomun ağırlığı pratikte değişmeden kalacaktır.
Örneğin, bir protonun kütlesi, bir elektronun değerinden yaklaşık 1836 daha büyüktür. Ancak bu mikroskobik parçacıklar çok önemlidir, çünkü bazı atomları kolayca terk edebilir ve diğerlerine katılabilirler. Aynı zamanda, sayılarında bir azalma veya artışa yol açar. Atomun yükünü değiştirmek için. Tek bir atomu düşünürsek, elektron sayısı her zaman değişken olacaktır. Sürekli ayrılıyorlar ve geri geliyorlar. Bunun nedeni termal hareket ve enerji kaybıdır.
Fiziksel bir olgunun kimyasal özelliği
Elektrik yüklü parçacıkların yönlendirilmiş bir hareketi olduğunda, atomik kütle kaybolmaz mı? İletkenin bileşimi değişir mi? Bu, birçok kişinin kafasını karıştıran çok önemli bir yanlış anlamadır. Bu durumda cevap sadece olumsuzdur. Bunun nedeni, kimyasal elementlerin atom kütleleriyle değil, çekirdekteki protonların sayısıyla belirlenmesidir. Elektronların/nötronların varlığı veya yokluğu bu durumda bir rol oynamaz. Pratikte şöyle görünür:
- Elektronları toplayın veya çıkarın. Bir iyon çıkıyor.
- Nötronları toplayın veya çıkarın. Bir izotop çıkıyor.
Kimyasal element değişmez. Ancak protonlarda durum farklıdır. Eğer sadece bir taneyse, o zaman hidrojenimiz var. İki proton - ve helyumdan bahsediyoruz. Üç parçacık lityumdur. Vb. Devamını merak edenler periyodik tabloya bakabilirler. Unutmayın: Bir iletkenden binlerce kez akım geçse bile kimyasal bileşimi değişmez. Ama belki başka türlü.
Elektrolitler ve diğer ilginç noktalar
Elektrolitlerin özelliği, değişen kimyasal bileşimleridir. Ardından, akımın etkisi altında,elektrolit elementler. Potansiyelleri tükendiğinde, yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketi duracaktır. Bu durum elektrolitlerdeki yük taşıyıcıların iyon olmasından kaynaklanmaktadır.
Ayrıca, elektronsuz kimyasal elementler de vardır. Bir örnek:
- Atomik kozmik hidrojen.
- Plazma halindeki tüm maddeler.
- Üst atmosferdeki gazlar (sadece Dünya değil, aynı zamanda hava kütlelerinin bulunduğu diğer gezegenler).
- Hızlandırıcıların ve çarpıştırıcıların içeriği.
Ayrıca, bir elektrik akımının etkisi altında bazı kimyasalların kelimenin tam anlamıyla parçalanabileceğine de dikkat edilmelidir. İyi bilinen bir örnek bir sigortadır. Mikro düzeyde nasıl görünüyor? Hareket eden elektronlar atomları yollarına doğru iter. Akım çok güçlüyse, iletkenin kristal kafesi dayanamaz ve yok olur ve madde erir.
Hıza geri dön
Daha önce, bu noktaya yüzeysel olarak değinildi. Şimdi ona daha yakından bakalım. Yüklü parçacıkların elektrik akımı şeklinde yönlendirilmiş hareket hızı kavramının mevcut olmadığına dikkat edilmelidir. Bunun nedeni farklı değerlerin iç içe geçmiş olmasıdır. Böylece, bir elektrik alanı bir iletken boyunca ışığın hareketine yakın bir hızda, yani saniyede yaklaşık 300.000 kilometre hızla yayılır.
Etkisi altında, tüm elektronlar hareket etmeye başlar. Ama onların hızıçok küçük. Saniyede yaklaşık 0.007 milimetredir. Aynı zamanda, termal hareket içinde rastgele hareket ederler. Proton ve nötronlarda ise durum farklıdır. Aynı olayların başlarına gelmesi için çok büyükler. Kural olarak ışık değerine yakın hızlarından bahsetmeye gerek yok.
Fiziksel parametreler
Şimdi fiziksel bir bakış açısıyla bir elektrik alanındaki yüklü parçacıkların hareketinin ne olduğuna bakalım. Bunu yapmak için 12 şişe gazlı içecek alan bir karton kutumuz olduğunu düşünelim. Aynı zamanda oraya başka bir konteyner yerleştirmeye çalışılıyor. Diyelim ki başarılı oldu. Ancak kutu zar zor hayatta kaldı. Başka bir şişe koymaya çalıştığınızda şişe kırılıyor ve tüm kaplar düşüyor.
Söz konusu kutu bir iletkenin kesiti ile karşılaştırılabilir. Bu parametre ne kadar yüksekse (kalın tel), o kadar fazla akım sağlayabilir. Bu, yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketinin hangi hacme sahip olabileceğini belirler. Bizim durumumuzda, bir ila on iki şişe içeren bir kutu, amaçlanan amacını kolayca yerine getirebilir (patlamaz). Analoji yaparak iletkenin yanmayacağını söyleyebiliriz.
Belirtilen değeri aşarsanız, nesne başarısız olur. Bir iletken durumunda, direnç devreye girecektir. Ohm yasası, elektrik yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketini çok iyi tanımlar.
Farklı fiziksel parametreler arasındaki ilişki
Kutu başınaÖrneğimizden bir tane daha koyabilirsiniz. Bu durumda, birim alana 12 değil, 24'e kadar şişe yerleştirilebilir. Bir tane daha ekliyoruz - ve otuz altı tane var. Kutulardan biri gerilime benzer bir fiziksel birim olarak düşünülebilir.
Ne kadar genişse (böylece direnci az altır), o kadar çok şişe (bizim örneğimizde akımın yerini alır) yerleştirilebilir. Kutu yığınını artırarak, birim alana ek kaplar yerleştirebilirsiniz. Bu durumda güç artar. Bu kutuyu (iletkeni) yok etmez. İşte bu benzetmenin bir özeti:
- Toplam şişe sayısı gücü artırır.
- Kutudaki kapların sayısı mevcut gücü gösterir.
- Yükseklikteki kutuların sayısı voltajı değerlendirmenizi sağlar.
- Kutu genişliği direnç hakkında fikir verir.
Olası tehlikeler
Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketine akım dendiğini zaten tartışmıştık. Bu fenomenin insan sağlığı ve hatta yaşam için tehlikeli olabileceği unutulmamalıdır. İşte elektrik akımının özelliklerinin bir özeti:
- İçinden geçtiği iletkenin ısınmasını sağlar. Ev elektrik şebekesi aşırı yüklenirse, yalıtım yavaş yavaş kömürleşecek ve parçalanacaktır. Sonuç olarak, çok tehlikeli bir kısa devre olasılığı vardır.
- Elektrik akımı, ev aletlerinden ve kablolardan geçtiğindemalzemeleri oluşturan elementlerin direnci. Bu nedenle, bu parametre için minimum değere sahip yolu seçer.
- Kısa devre oluşursa, akım gücü keskin bir şekilde artar. Bu önemli miktarda ısı yayar. Metali eritebilir.
- Nem girmesi nedeniyle kısa devre oluşabilir. Daha önce tartışılan durumlarda yakındaki nesneler aydınlanır, ancak bu durumda insanlar her zaman acı çeker.
- Elektrik çarpması önemli bir tehlike taşır. Hatta büyük ihtimalle ölümcüldür. İnsan vücudundan bir elektrik akımı geçtiğinde, dokuların direnci büyük ölçüde azalır. Isınmaya başlarlar. Bu durumda hücreler yok edilir ve sinir uçları ölür.
Güvenlik Sorunları
Elektrik akımına maruz kalmamak için özel koruyucu ekipman kullanmalısınız. Çalışmalar, aynı malzemeden bir mat, tahliye çubukları ve ayrıca işyerleri ve ekipman için topraklama cihazları kullanılarak lastik eldivenlerde yapılmalıdır.
Çeşitli korumalara sahip devre anahtarlarının bir kişinin hayatını kurtarabilecek bir cihaz olarak iyi olduğu kanıtlanmıştır.
Ayrıca çalışırken temel güvenlik önlemlerini de unutmamak gerekir. Elektrikli ekipmanı içeren bir yangın meydana gelirse, sadece karbondioksit ve toz yangın söndürücüler kullanılabilir. İkincisi, yangınla mücadelede en iyi sonucu gösterir, ancak tozla kaplı ekipman her zaman geri yüklenemez.
Sonuç
Her okuyucunun anlayabileceği örnekler kullanarak, yüklü parçacıkların düzenli yönlendirilmiş hareketine elektrik akımı dendiğini öğrendik. Bu, hem fizik hem de kimya açısından önemli olan çok ilginç bir olgudur. Elektrik akımı insan için yorulmaz bir yardımcıdır. Ancak dikkatli bir şekilde ele alınmalıdır. Makale, ölme arzusu yoksa dikkat edilmesi gereken güvenlik konularını tartışıyor.
