Зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысы дегеніміз не? Көптеген адамдар үшін бұл түсініксіз аймақ, бірақ іс жүзінде бәрі өте қарапайым. Сонымен, зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысы туралы айтқанда, олар токты білдіреді. Оның негізгі сипаттамалары мен тұжырымдарын қарастырайық, сонымен қатар онымен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік мәселелерін қарастырайық.
Жалпы ақпарат
Анықтамадан бастаңыз. Электр тогы деп әрқашан электр өрісінің әсерінен жүзеге асырылатын зарядталған бөлшектердің реттелген (бағытталған) қозғалысы түсініледі. Бұл жағдайда қандай объектілерді қарастыруға болады? Бөлшектер электрондарды, иондарды, протондарды, тесіктерді білдіреді. Сондай-ақ қазіргі күштің қандай екенін білу маңызды. Бұл уақыт бірлігінде өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін зарядталған бөлшектердің саны.
Құбылыстың табиғаты
Барлық физикалық заттар атомдардан түзілетін молекулалардан тұрады. Олар сондай-ақ соңғы материал емес, өйткені олардың элементтері (ядро және оның айналасында айналатын электрондар) бар. Барлық химиялық реакциялар бөлшектердің қозғалысымен бірге жүреді. Мысалы, электрондардың қатысуымен кейбір атомдар олардың жетіспеушілігін сезінеді, ал басқалары артық болады. Бұл жағдайда заттардың қарама-қарсы зарядтары болады. Егер олардың жанасу орын алса, бірінің электрондары екіншісіне өтуге бейім болады.
Элементар бөлшектердің мұндай физикалық табиғаты электр тогының мәнін түсіндіреді. Зарядталған бөлшектердің бұл бағыттағы қозғалысы мәндер теңестірілгенге дейін жалғасады. Бұл жағдайда өзгерістер реакциясы тізбекті болады. Басқаша айтқанда, кеткен электронның орнына оның орнына басқасы келеді. Ауыстыру үшін көрші атомның бөлшектері қолданылады. Бірақ тізбек мұнымен де бітпейді. Электрон экстремалды атомға да келуі мүмкін, мысалы, ағып жатқан ток көзінің теріс полюсінен.
Мұндай жағдайдың мысалы – батарея. Өткізгіштің теріс жағынан электрондар көздің оң полюсіне ауысады. Теріс жұқтырылған құрамдас бөліктегі барлық бөлшектер таусылғанда, ток тоқтайды. Бұл жағдайда батарея бітті деп айтылады. Осылай қозғалатын зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысының жылдамдығы қандай? Бұл сұраққа жауап беру бір қарағанда оңай көрінетіндей оңай емес.
Стресстің рөлі
Бұл ұғым не үшін қолданылады? Кернеу - электр өрісінің сипаттамасы, оның ішіндегі екі нүкте арасындағы потенциалдар айырмасы. Көпшілікке бұл түсініксіз болып көрінуі мүмкін. Зарядталған бөлшектердің бағытталған (реттелген) қозғалысына келетін болсақ, онда кернеуді түсіну керек.
Бізде қарапайым дирижер бар деп елестетейік. Бұл мыс немесе алюминий сияқты металдан жасалған сым болуы мүмкін. Біздің жағдайда бұл соншалықты маңызды емес. Электронның массасы 9,10938215(45)×10-31кг. Бұл оның айтарлықтай материалдық екенін білдіреді. Бірақ өткізгіш металл қатты. Сонда электрондар ол арқылы қалай ағып кетуі мүмкін?
Металл бұйымдарында неліктен ток болуы мүмкін
Әрқайсымыздың мектепте оқуға мүмкіндік алған химия негіздеріне көшейік. Егер заттағы электрондар саны протондар санына тең болса, онда элементтің бейтараптығы қамтамасыз етіледі. Менделеевтің периодтық заңына сүйене отырып, қандай затпен жұмыс істеу керектігін анықтайды. Бұл протондар мен нейтрондардың санына байланысты. Ядро мен электрон массаларының арасындағы үлкен айырмашылықты елемеуге болмайды. Егер олар жойылса, атомның салмағы іс жүзінде өзгеріссіз қалады.
Мысалы, протонның массасы электронның мәнінен шамамен 1836 артық. Бірақ бұл микроскопиялық бөлшектер өте маңызды, өйткені олар кейбір атомдарды оңай тастап, басқаларына қосыла алады. Сонымен қатар олардың санының азаюы немесе көбеюі әкеледіатомның зарядын өзгерту үшін. Бір атомды қарастыратын болсақ, онда оның электрондар саны әрқашан айнымалы болады. Олар үнемі кетіп, қайтып келеді. Бұл жылу қозғалысы мен энергияның жоғалуына байланысты.
Физикалық құбылыстың химиялық ерекшелігі
Электр зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысы болған кезде атомдық масса жоғалмайды ма? Өткізгіштің құрамы өзгере ме? Бұл көпшілікті шатастыратын өте маңызды қате түсінік. Бұл жағдайда жауап тек теріс. Бұл химиялық элементтердің атомдық массасымен емес, ядродағы протондар санымен анықталатындығына байланысты. Бұл жағдайда электрондардың/нейтрондардың болуы немесе болмауы маңызды рөл атқармайды. Іс жүзінде ол былай көрінеді:
- Электрондарды қосу немесе азайту. Бұл ион болып шықты.
- Нейтрондарды қосу немесе азайту. Бұл изотоп болып шықты.
Химиялық элемент өзгермейді. Бірақ протондармен жағдай басқаша. Егер ол біреу ғана болса, онда бізде сутегі бар. Екі протон - және біз гелий туралы айтып отырмыз. Үш бөлшек литий болып табылады. Тағыда басқа. Жалғасына қызығатындар периодтық кестені қарай алады. Есіңізде болсын: ток өткізгіш арқылы мың рет өтсе де, оның химиялық құрамы өзгермейді. Бірақ басқаша болуы мүмкін.
Электролиттер және басқа қызықты нүктелер
Электролиттердің ерекшелігі - олардың химиялық құрамы өзгереді. Содан кейін токтың әсерінен,электролит элементтері. Олардың потенциалы таусылғанда зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысы тоқтайды. Бұл жағдай электролиттердегі заряд тасымалдаушылардың иондар болуына байланысты.
Сонымен қатар электрондары мүлдем жоқ химиялық элементтер де бар. Мысалы:
- Атомдық ғарыш сутегі.
- Плазма күйіндегі барлық заттар.
- Атмосфераның жоғарғы қабатындағы газдар (тек Жер ғана емес, сонымен қатар ауа массасы бар басқа планеталар).
- Үдеткіштер мен коллайдерлердің мазмұны.
Сонымен қатар электр тогының әсерінен кейбір химиялық заттардың тура мағынасында ыдырайтынын атап өткен жөн. Белгілі мысал - сақтандырғыш. Ол микро деңгейде қалай көрінеді? Қозғалатын электрондар атомдарды өз жолында итермелейді. Егер ток өте күшті болса, онда өткізгіштің кристалдық торы төтеп бере алмайды және жойылады, ал зат балқиды.
Жылдамдыққа оралу
Бұған дейін бұл мәселе үстірт қозғалған болатын. Енді оны толығырақ қарастырайық. Айта кету керек, зарядталған бөлшектердің электр тогы түріндегі бағытталған қозғалысының жылдамдығы туралы түсінік жоқ. Бұл әртүрлі құндылықтардың бір-бірімен астасып жатқандығына байланысты. Сонымен, электр өрісі өткізгіш арқылы жарық қозғалысына жақын жылдамдықпен, яғни секундына шамамен 300 000 километрмен таралады.
Оның әсерінен барлық электрондар қозғала бастайды. Бірақ олардың жылдамдығыөте кішкентай. Ол шамамен секундына 0,007 миллиметрді құрайды. Сонымен бірге олар термиялық қозғалыста кездейсоқ асығады. Протондар мен нейтрондар жағдайында жағдай басқаша. Олар тым үлкен, олармен бірдей оқиғалар болуы үшін. Әдетте, олардың жарық шамасына жақын жылдамдығы туралы айтудың қажеті жоқ.
Физикалық параметрлер
Енді физикалық тұрғыдан зарядталған бөлшектердің электр өрісіндегі қозғалысы қандай екенін қарастырайық. Ол үшін бізде 12 бөтелке газдалған сусынға арналған картон қорап бар деп елестетейік. Сонымен бірге ол жерге басқа контейнер қою әрекеті де бар. Бұл сәтті болды делік. Бірақ қорап әрең аман қалды. Басқа бөтелкені құймақ болғанда, ол сынып, барлық контейнерлер түсіп қалады.
Қарастырылып отырған қорапты өткізгіштің көлденең қимасымен салыстыруға болады. Бұл параметр неғұрлым жоғары болса (қалың сым), соғұрлым ол ток бере алады. Бұл зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысы қандай көлемге ие болуы мүмкін екенін анықтайды. Біздің жағдайда бір-он екі бөтелкеден тұратын қорап өзінің мақсатын оңай орындай алады (ол жарылып кетпейді). Аналогия бойынша өткізгіш жанбайды деп айта аламыз.
Егер көрсетілген мәннен асып кетсеңіз, нысан сәтсіз болады. Дирижер жағдайында қарсылық пайда болады. Ом заңы электрлік зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысын өте жақсы сипаттайды.
Әртүрлі физикалық параметрлер арасындағы байланыс
Бір қорапқабіздің мысалдан тағы біреуін қоюға болады. Бұл жағдайда аудан бірлігіне 12 емес, 24 бөтелке қоюға болады. Біз тағы біреуін қосамыз - олардың отыз алтысы бар. Қораптардың бірін кернеуге ұқсас физикалық бірлік ретінде қарастыруға болады.
Ол неғұрлым кең болса (осылайша қарсылықты азайтады), соғұрлым көбірек бөтелкелерді (біздің мысалда токты ауыстырады) орналастыруға болады. Жәшіктер дестесін ұлғайту арқылы аудан бірлігіне қосымша контейнерлерді орналастыруға болады. Бұл жағдайда қуат артады. Бұл қорапты (өткізгішті) бұзбайды. Міне, осы ұқсастықтың қысқаша мазмұны:
- Шөлмектердің жалпы саны қуатты арттырады.
- Қораптағы контейнерлер саны ағымдағы күшті көрсетеді.
- Биіктіктегі қораптардың саны кернеуді бағалауға мүмкіндік береді.
- Қораптың ені қарсылық туралы түсінік береді.
Ықтимал қауіптер
Зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысы ток деп аталатынын жоғарыда айттық. Айта кету керек, бұл құбылыс адам денсаулығына, тіпті өміріне қауіпті болуы мүмкін. Мұнда электр тогының қасиеттерінің қысқаша мазмұны берілген:
- Өткізгіштің қызуын қамтамасыз етеді, ол арқылы өтеді. Тұрмыстық электр желісі шамадан тыс жүктелген болса, оқшаулау бірте-бірте күйіп, құлап кетеді. Нәтижесінде қысқа тұйықталу мүмкіндігі бар, бұл өте қауіпті.
- Тұрмыстық құрылғылар мен сымдар арқылы өтетін электр тогы түйіседіматериалдарды құрайтын элементтердің кедергісі. Сондықтан ол осы параметр үшін ең аз мәнге ие жолды таңдайды.
- Қысқа тұйықталу орын алса, ток күші күрт артады. Бұл жылудың айтарлықтай мөлшерін шығарады. Ол металды балқыта алады.
- Ылғалдың түсуіне байланысты қысқа тұйықталу пайда болуы мүмкін. Жоғарыда талқыланған жағдайларда жақын маңдағы нысандар жанып тұрады, бірақ бұл жағдайда адамдар әрқашан зардап шегеді.
- Электр тогының соғуы айтарлықтай қауіп төндіреді. Бұл тіпті өлімге әкелуі мүмкін. Адам ағзасы арқылы электр тогы өткенде тіндердің кедергісі айтарлықтай төмендейді. Олар қыза бастайды. Бұл жағдайда жасушалар жойылып, жүйке ұштары өледі.
Қауіпсіздік мәселелері
Электр тогының әсерін болдырмау үшін арнайы қорғаныс құралдарын пайдалану керек. Жұмысты резеңке қолғапта бір материалдан жасалған төсеніш, ағызу шыбықтары, сондай-ақ жұмыс орындары мен жабдықтарды жерге тұйықтау құрылғылары арқылы орындау керек.
Түрлі қорғанысы бар тізбек ажыратқыштары адам өмірін сақтап қала алатын құрылғы ретінде жақсы екенін дәлелдеді.
Сонымен қатар жұмыс кезінде негізгі қауіпсіздік шараларын ұмытпау керек. Егер өрт электр жабдығына қатысты болса, тек көмірқышқыл газы мен ұнтақты өрт сөндіргіштерді пайдалануға болады. Соңғысы өртке қарсы күресте ең жақсы нәтижені көрсетеді, бірақ шаң басқан жабдықты әрқашан қалпына келтіру мүмкін емес.
Қорытынды
Әрбір оқырманға түсінікті мысалдарды пайдалана отырып, біз зарядталған бөлшектердің реттелген бағытталған қозғалысы электр тогы деп аталатынын білдік. Бұл физиканың да, химияның да ұстанымдарынан маңызды өте қызықты құбылыс. Электр тогы адамға тынымсыз көмекші болып табылады. Дегенмен, оны мұқият өңдеу керек. Мақалада өлгісі келмеген жағдайда назар аудару керек қауіпсіздік мәселелері талқыланады.
