Qual è il movimento diretto delle particelle cariche? Per molti questa è un'area incomprensibile, ma in re altà è tutto molto semplice. Quindi, quando parlano del movimento diretto delle particelle cariche, intendono la corrente. Esaminiamo le sue principali caratteristiche e formulazioni, oltre a considerare i problemi di sicurezza quando lavori con esso.
Informazioni generali
Inizia con una definizione. Per corrente elettrica si intende sempre il movimento ordinato (diretto) delle particelle cariche, che avviene sotto l'influenza di un campo elettrico. Che tipo di oggetti possono essere considerati in questo caso? Particelle significano elettroni, ioni, protoni, buchi. È anche importante sapere qual è la forza attuale. Questo è il numero di particelle cariche che fluiscono attraverso la sezione trasversale del conduttore per unità di tempo.
Natura del fenomeno
Tutte le sostanze fisiche sono costituite da molecole formate da atomi. Inoltre non sono il materiale finale, perché hanno elementi (un nucleo ed elettroni che ruotano attorno ad esso). Tutte le reazioni chimiche sono accompagnate dal movimento delle particelle. Ad esempio, con la partecipazione degli elettroni, alcuni atomi sperimenteranno la loro carenza, mentre altri sperimenteranno un eccesso. In questo caso, le sostanze hanno cariche opposte. Se si verifica il loro contatto, gli elettroni di uno tenderanno ad andare nell' altro.
Una tale natura fisica delle particelle elementari spiega l'essenza della corrente elettrica. Questo movimento direzionale delle particelle cariche continuerà fino a quando i valori non si equalizzeranno. In questo caso, la reazione ai cambiamenti è una catena. In altre parole, al posto dell'elettrone scomparso, ne arriva un altro al suo posto. Le particelle dell'atomo vicino vengono utilizzate per la sostituzione. Ma anche la catena non finisce qui. Un elettrone può anche arrivare all'atomo estremo, per esempio, dal polo negativo della sorgente della corrente che scorre.
Un esempio di una tale situazione è una batteria. Dal lato negativo del conduttore, gli elettroni si spostano verso il polo positivo della sorgente. Quando tutte le particelle nel componente infetto negativamente si esauriscono, la corrente si interrompe. In questo caso si dice che la batteria è scarica. Qual è la velocità del movimento diretto delle particelle cariche che si muovono in questo modo? Rispondere a questa domanda non è così facile come potrebbe sembrare a prima vista.
Il ruolo dello stress
A cosa serve questo concetto? La tensione è una caratteristica di un campo elettrico, che è la differenza di potenziale tra due punti che si trovano al suo interno. Per molti, questo può sembrare confuso. Quando si tratta del movimento diretto (ordinato) delle particelle cariche, è necessario comprendere la tensione.
Immaginiamo di avere un semplice direttore d'orchestra. Questo può essere un filo di metallo, come rame o alluminio. Nel nostro caso, questo non è così importante. La massa di un elettrone è 9,10938215(45)×10-31kg. Ciò significa che è abbastanza materiale. Ma il metallo conduttore è solido. In che modo, allora, gli elettroni possono attraversarlo?
Perché può esserci corrente nei prodotti in metallo
Torniamo alle basi della chimica, che ognuno di noi ha avuto l'opportunità di imparare a scuola. Se il numero di elettroni nella sostanza è uguale al numero di protoni, la neutralità dell'elemento è assicurata. Sulla base della legge periodica di Mendeleev, si determina quale sostanza deve essere trattata. Dipende dal numero di protoni e neutroni. È impossibile ignorare la grande differenza tra le masse del nucleo e gli elettroni. Se vengono rimossi, il peso dell'atomo rimarrà praticamente invariato.
Ad esempio, la massa di un protone è circa 1836 maggiore del valore di un elettrone. Ma queste particelle microscopiche sono molto importanti, perché possono facilmente lasciare alcuni atomi e unirsi ad altri. Allo stesso tempo, una diminuzione o un aumento del loro numero porta aper cambiare la carica dell'atomo. Se consideriamo un singolo atomo, il suo numero di elettroni sarà sempre variabile. Vanno e tornano costantemente. Ciò è dovuto al movimento termico e alla perdita di energia.
Specificità chimica di un fenomeno fisico
Quando c'è un movimento diretto di particelle caricate elettricamente, la massa atomica non viene persa? La composizione del conduttore cambia? Questo è un malinteso molto importante che confonde molti. La risposta in questo caso è solo negativa. Ciò è dovuto al fatto che gli elementi chimici non sono determinati dalla loro massa atomica, ma dal numero di protoni che si trovano nel nucleo. La presenza o l'assenza di elettroni/neutroni non gioca un ruolo in questo caso. In pratica, si presenta così:
- Aggiungi o sottrai elettroni. Si scopre uno ione.
- Aggiungi o sottrai neutroni. Si scopre un isotopo.
L'elemento chimico non cambia. Ma con i protoni, la situazione è diversa. Se è solo uno, allora abbiamo l'idrogeno. Due protoni - e stiamo parlando di elio. Le tre particelle sono litio. Eccetera. Coloro che sono interessati alla continuazione possono guardare la tavola periodica. Ricorda: anche se una corrente viene fatta passare attraverso un conduttore mille volte, la sua composizione chimica non cambierà. Ma forse altrimenti.
Elettroliti e altri punti interessanti
La particolarità degli elettroliti è che è la loro composizione chimica che cambia. Quindi, sotto l'influenza della corrente,elementi elettrolitici. Quando il loro potenziale è esaurito, il movimento diretto delle particelle cariche si interrompe. Questa situazione è dovuta al fatto che i portatori di carica negli elettroliti sono ioni.
Inoltre, ci sono elementi chimici privi di elettroni. Un esempio potrebbe essere:
- Idrogeno cosmico atomico.
- Tutte le sostanze che si trovano nello stato plasmatico.
- Gas nell' alta atmosfera (non solo la Terra, ma anche altri pianeti dove ci sono masse d'aria).
- Contenuto di acceleratori e collider.
Va anche notato che sotto l'influenza di una corrente elettrica, alcune sostanze chimiche possono letteralmente sgretolarsi. Un noto esempio è un fusibile. Che aspetto ha a livello micro? Gli elettroni in movimento spingono gli atomi nel loro percorso. Se la corrente è molto forte, il reticolo cristallino del conduttore non può resistere e viene distrutto e la sostanza si scioglie.
Torna alla velocità
In precedenza, questo punto è stato toccato superficialmente. Ora diamo un'occhiata più da vicino. Va notato che il concetto della velocità del movimento diretto delle particelle cariche sotto forma di corrente elettrica non esiste. Ciò è dovuto al fatto che valori diversi sono intrecciati. Quindi, un campo elettrico si propaga attraverso un conduttore a una velocità vicina al movimento della luce, cioè circa 300.000 chilometri al secondo.
Sotto la sua influenza, tutti gli elettroni iniziano a muoversi. Ma la loro velocitàmolto piccolo. È di circa 0,007 millimetri al secondo. Allo stesso tempo, si precipitano anche casualmente in movimento termico. Nel caso di protoni e neutroni, la situazione è diversa. Sono troppo grandi perché gli stessi eventi accadano a loro. Di norma, non è necessario parlare della loro velocità tanto vicina al valore della luce.
Parametri fisici
Ora vediamo qual è il movimento delle particelle cariche in un campo elettrico da un punto di vista fisico. Per fare questo, immaginiamo di avere una scatola di cartone che contiene 12 bottiglie di bibita gassata. Allo stesso tempo, c'è un tentativo di posizionare un altro contenitore lì. Supponiamo che ci sia riuscito. Ma la scatola è sopravvissuta a malapena. Quando provi a metterci un' altra bottiglia, questa si rompe e tutti i contenitori cadono.
La scatola in questione può essere paragonata alla sezione di un conduttore. Più alto è questo parametro (filo più spesso), maggiore è la corrente che può fornire. Questo determina quale volume può avere il movimento diretto delle particelle cariche. Nel nostro caso, una scatola contenente da una a dodici bottiglie può facilmente assolvere allo scopo previsto (non scoppierà). Per analogia, possiamo dire che il conduttore non brucerà.
Se superi il valore indicato, l'oggetto fallirà. Nel caso di un conduttore, entrerà in gioco la resistenza. La legge di Ohm descrive molto bene il movimento diretto di particelle caricate elettricamente.
Relazione tra diversi parametri fisici
Per scatoladal nostro esempio, puoi metterne uno in più. In questo caso si possono posizionare non 12, ma ben 24 bottiglie per unità di superficie. Ne aggiungiamo un altro - e ce ne sono trentasei. Una delle scatole può essere considerata come un'unità fisica, analoga alla tensione.
Più è largo (riducendo così la resistenza), più bottiglie (che nel nostro esempio sostituiscono la corrente) possono essere posizionate. Aumentando la pila di scatole, puoi posizionare contenitori aggiuntivi per unità di superficie. In questo caso, la potenza aumenta. Questo non distrugge la scatola (conduttore). Ecco un riassunto di questa analogia:
- Il numero totale di bottiglie aumenta la potenza.
- Il numero di contenitori nella casella indica la forza attuale.
- Il numero di scatole in altezza ti permette di giudicare la tensione.
- La larghezza della scatola dà un'idea della resistenza.
Possibili pericoli
Abbiamo già discusso che il movimento diretto delle particelle cariche è chiamato corrente. Va notato che questo fenomeno può essere pericoloso per la salute umana e persino per la vita. Ecco un riassunto delle proprietà della corrente elettrica:
- Fornisce il riscaldamento del conduttore attraverso il quale scorre. Se la rete elettrica domestica è sovraccaricata, l'isolamento si carbonizzerà gradualmente e si sgretolerà. Di conseguenza, esiste la possibilità di un cortocircuito, che è molto pericoloso.
- La corrente elettrica, quando scorre attraverso elettrodomestici e cavi, si incontraresistenza degli elementi che formano i materiali. Pertanto, sceglie il percorso che ha il valore minimo per questo parametro.
- Se si verifica un cortocircuito, l'intensità della corrente aumenta notevolmente. Questo rilascia una notevole quantità di calore. Può fondere il metallo.
- Potrebbe verificarsi un cortocircuito a causa dell'ingresso di umidità. Nei casi discussi in precedenza, gli oggetti vicini si accendono, ma in questo caso le persone soffrono sempre.
- La scossa elettrica comporta un pericolo significativo. È molto probabile che sia persino fatale. Quando una corrente elettrica scorre attraverso il corpo umano, la resistenza dei tessuti si riduce notevolmente. Cominciano a scaldarsi. In questo caso, le cellule vengono distrutte e le terminazioni nervose muoiono.
Problemi di sicurezza
Per evitare l'esposizione alla corrente elettrica, è necessario utilizzare dispositivi di protezione speciali. Il lavoro deve essere eseguito con guanti di gomma utilizzando un tappetino dello stesso materiale, barre di scarico e dispositivi di messa a terra per luoghi di lavoro e attrezzature.
Gli interruttori a circuito con varie protezioni si sono rivelati un buon dispositivo che può salvare la vita di una persona.
Inoltre, non bisogna dimenticare le precauzioni di sicurezza di base durante il lavoro. Se si verifica un incendio che coinvolge apparecchiature elettriche, è possibile utilizzare solo estintori ad anidride carbonica e polvere. Questi ultimi mostrano il miglior risultato nella lotta al fuoco, ma non sempre è possibile ripristinare le apparecchiature ricoperte di polvere.
Conclusione
Utilizzando esempi comprensibili a tutti i lettori, abbiamo scoperto che il movimento ordinato e diretto delle particelle cariche è chiamato corrente elettrica. Questo è un fenomeno molto interessante, importante dal punto di vista sia della fisica che della chimica. La corrente elettrica è un instancabile assistente dell'uomo. Tuttavia, deve essere maneggiato con cura. L'articolo discute questioni di sicurezza a cui prestare attenzione se non c'è il desiderio di morire.
