Condizioni per l'esistenza della corrente elettrica

Per cominciare, rispondiamo alla domanda su cosa sia la corrente elettrica. Una semplice batteria da tavolo non genera corrente da sola. E una torcia appoggiata su un tavolo non creerà corrente attraverso i suoi LED proprio così senza motivo. Perché la corrente appaia, qualcosa deve fluire da qualche parte, almeno iniziare a muoversi, e per questo il circuito dei LED della torcia e della batteria deve chiudersi. Non per niente, ai vecchi tempi la corrente elettrica veniva paragonata al movimento di un certo liquido carico.

In effetti, ora lo sappiamo elettricità - questo è il movimento diretto di particelle cariche, e che un analogo più vicino alla realtà sarebbe un gas carico - un gas di particelle cariche che si muovono sotto l'azione di un campo elettrico. Ma prima le cose principali.

La corrente elettrica è il movimento diretto di particelle cariche

Quindi, la corrente elettrica è il movimento delle particelle cariche, ma anche il movimento caotico delle particelle cariche è movimento, ma ancora non corrente.Allo stesso modo, le molecole di fluido che sono sempre in movimento termico non creano correnti perché lo spostamento totale dell'intero volume di fluido a riposo è esattamente zero.

Affinché si verifichi il flusso del fluido, deve verificarsi il movimento complessivo, ovvero il movimento complessivo delle molecole del fluido deve essere diretto. Pertanto, il movimento caotico delle molecole verrà aggiunto al movimento diretto dell'intero volume e si verificherà un flusso dell'intero volume del liquido.

La situazione è simile con la corrente elettrica: il movimento diretto di particelle caricate elettricamente è una corrente elettrica. La velocità del movimento termico delle particelle cariche, ad esempio nel metallo, viene misurata in centinaia di metri al secondo, ma nel movimento direzionale, quando viene impostata una certa corrente nel conduttore, la velocità del movimento generale delle particelle viene misurata in parti e unità di millimetri al secondo.

Quindi, se una corrente continua pari a 10 A scorre in un filo metallico con una sezione trasversale di 1 mmq, la velocità media del movimento ordinato degli elettroni sarà compresa tra 0,6 e 6 millimetri al secondo. Questa sarà già una scossa elettrica. E basta questo lento movimento di elettroni perché un filo, ad esempio, di nicromo, si riscaldi bene, obbedendo La legge di Joule-Lenz.

La velocità delle particelle non è la velocità di propagazione di un campo elettrico!

Si noti che la corrente inizia nel filo quasi istantaneamente per tutto il volume, cioè questo "movimento" si diffonde lungo il filo alla velocità della luce, ma il movimento delle stesse particelle cariche è 100 miliardi di volte più lento. Puoi considerare l'analogia di un tubo con il liquido che scorre attraverso di esso.

Muoversi lungo un tubo lungo 10 metri, ad esempio acqua.La velocità dell'acqua è solo di 1 metro al secondo, ma il flusso non si diffonde alla stessa velocità, ma molto più velocemente, e la velocità di diffusione qui dipende dalla densità del liquido e dalla sua elasticità. Pertanto, il campo elettrico si propaga lungo il filo alla velocità della luce e le particelle iniziano a muoversi di 11 ordini di grandezza più lentamente. Guarda anche: Velocità della corrente elettrica

1. Le particelle cariche sono necessarie per l'esistenza della corrente elettrica

Gli elettroni nei metalli e nel vuoto, gli ioni nelle soluzioni elettrolitiche fungono da portatori di carica e garantiscono la presenza di corrente in varie sostanze. Nei metalli gli elettroni sono molto mobili, alcuni di essi possono muoversi liberamente da un atomo all'altro, come un gas che riempie lo spazio tra i nodi di un reticolo cristallino.

Nei tubi elettronici, gli elettroni lasciano il catodo durante la radiazione termoionica, precipitandosi sotto l'azione di un campo elettrico verso l'anodo. Negli elettroliti, le molecole si disgregano in acqua in parti caricate positivamente e negativamente e diventano ioni portatori di carica liberi negli elettroliti.Ovvero, ovunque possa esistere una corrente elettrica, ci sono portatori di carica liberi che possono muoversi campo elettrico… Questa è la prima condizione per l'esistenza della corrente elettrica: la presenza di portatori di carica gratuiti.

2. La seconda condizione per l'esistenza di una corrente elettrica è che forze esterne devono agire sulla carica

Se ora guardi un filo, diciamo che è un filo di rame, allora puoi chiederti: cosa ci vuole perché si verifichi una corrente elettrica in esso? Ci sono particelle cariche, elettroni, sono in grado di muoversi liberamente.

Cosa li farà muovere? È noto che una particella elettricamente carica interagisce con un campo elettrico. Pertanto, nel filo deve essere creato un campo elettrico, quindi sorgerà un potenziale in ogni punto del filo, ci sarà una differenza di potenziale tra le estremità del filo e gli elettroni si muoveranno nella direzione del campo - in la direzione da «-» a «+», cioè in direzione opposta al vettore dell'intensità del campo elettrico. Il campo elettrico accelererà gli elettroni, aumentando la loro energia (cinetica e magnetica).

Di conseguenza, se consideriamo un campo elettrico semplicemente applicato esternamente al filo (abbiamo posto il filo in un campo elettrico lungo le linee di forza), allora gli elettroni si accumuleranno ad un'estremità del filo e in quella estremità comparirà una carica negativa fine, e poiché gli elettroni vengono spostati dall'altra estremità del filo, allora ci sarà una carica positiva su di esso.

Di conseguenza, il campo elettrico di un conduttore caricato da un campo elettrico applicato esternamente sarà in una direzione tale da indebolire il campo elettrico esterno dalla sua azione.

Il processo di ridistribuzione delle cariche continuerà quasi istantaneamente e dopo il suo completamento la corrente nel filo si fermerà. Il campo elettrico risultante all'interno del conduttore diventerà zero e la forza alle estremità sarà uguale in intensità ma opposta nella direzione del campo elettrico applicato esternamente.

Se il campo elettrico nel conduttore viene creato da una sorgente di corrente continua, ad esempio una batteria, tale sorgente diventerà una fonte di forze esterne per il conduttore, cioè una sorgente che creerà un EMF costante nel conduttore e mantenere la differenza di potenziale.Ovviamente, affinché la corrente sia mantenuta da una sorgente di forza esterna, il circuito deve essere chiuso.