Összefoglalás közvetlen elektromos áram

előfordulása a jelenlegi körülmények között.

Elektromos áram hívás irányuló mozgás a töltött részecskék. Mennyiségi jellemzői a jelenlegi áramerősség (charge ratio: átjut a keresztmetszet egységnyi idő):

és sűrűsége határozza meg a kapcsolat:

.

A mértékegység amper erősségű áram (1A - jellemző értéke a jelenlegi által fogyasztott háztartási villamos fűtőberendezések).

A szükséges feltételek megléte a jelenlegi a jelenlévő szabad töltéshordozók, és a zárt EMF forrásból (elem) alátámasztó irányított mozgását.

Az elektromos áram létezhet különböző környezetekben: fémek, vákuumos, gázok, elektrolitok megoldások és elolvad a plazmában, a félvezetők a szövetben az élő szervezetek.

Amikor áram folyik szinte mindig kölcsönhatása hordozók környezet kíséretében az energia átvitelét, hogy az utóbbi a hő formájában. A szerepe a forrás EMF pontosan, hogy kompenzálja a hővesztesége az áramkörök.

Az elektromos áram a fémek okozta viszonylagos mozgása a szabad elektronok révén a kristályrácsban. Az okok fennállásának szabad elektronok vezető kristályok csak megmagyarázható a kvantummechanika.

A tapasztalat azt mutatja, hogy az erőt a villamos áram átfolyik a vezeték arányos az alkalmazott potenciál különbség a végei (Ohm-törvény). Állandó a kijelölt vezető arányossági tényező áram és feszültség közötti úgynevezett elektromos ellenállás:

Ellenállás mértékegysége az ohm (ellenállás, az emberi test körülbelül 1000 ohm). A villamos vezeték ellenállása növekszik enyhén hőmérséklet növekedésével. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a melegítés során a kristályrács oldalakat amplifikálására random hő rezgéseket, ami megakadályozza, hogy az elektronok irányított mozgását. Sok problémát a közvetlen véve az rácsrezgések nagyon időigényes. Az egyszerűség kedvéért a kölcsönhatása elektronok oszcilláló csomópontok kényelmes azok helyébe ütközések gáz részecskék hipotetikus részecskék - fonon, amelynek tulajdonságai úgy választjuk meg, hogy kapjunk olyan közel a valósághoz leírást és nyújtható inkább egzotikus. Az ilyen típusú objektumokra népszerű fizika, az úgynevezett quasiparticles. Amellett, hogy kölcsönhatások rácsrezgések mozgást az elektronok a kristály megakadályozhatja diszlokáció - rendellenességek rács szabályosságát. Kölcsönhatás ficamok meghatározó szerepet játszanak alacsony hőmérsékleten, amikor a termikus fluktuációk gyakorlatilag hiányzik.

Bizonyos anyagok alacsony hőmérsékleten elveszti elektromos ellenállás teljesen, áthaladva egy vezető állapotba. A jelenlegi Ilyen környezetben lehet, hogy nincs EMF, mivel energiaveszteséget a elektron ütközés fonon, és nem ficamok. Készítsen anyagok maradnak sverhpovodyaschee viszonylag magas (szoba) hőmérsékleten és kis áramok egy nagyon fontos feladat, hogy volna egy igazi forradalom a modern energetikai szektor, tette az elektromos áram továbbítását nagy távolságokra nélkül hőveszteséget.

Abban az időben, az elektromos áram fémek elsősorban átalakítására villamos energia hőenergiává (melegítők, fényforrások) vagy mechanikus (villamos motorok). Az utóbbi esetben, az elektromos áram forrásaként használt mágneses mezők, amelyek kölcsönhatásba lépnek egyéb folyó okok erők.

Elektromos áram vákuumban szigorúan véve nem lehetséges, mivel nincs szabad elektromos töltések benne. Azonban néhány vezető anyagból melegítéssel vagy fénybesugárzás kibocsátására képes elektronok a felületén (elektronemisszióra és fotoemissziós), amelyek képesek fenntartani a villamos áram, mozog a katód a másik (a pozitív) elektród - az anód. Alkalmazása során a negatív feszültség az anód áram az áramkör megszakad. Leírt tulajdonság okozza a széles körben elterjedt az elektronikus eszközök használatát az elektronikai készülékek helyreállításának a váltakozó áram. Egészen a közelmúltban, más elektronikus eszközök széles körben használják az elektromos jeleket erősítők. Ők most szinte teljesen felváltotta félvezető eszközök.

Elektromos áram gázok első pillantásra ez nem létezik hiányában a szabad töltött részecskék (elektronok az atomok és a molekulák a gázok erősen „kötött” a sejtmagok elektrosztatikus erők). Azonban, az átviteli energia körülbelül 10 eV atom (az energia által megszerzett szabad elektron amikor az áthalad egy potenciális különbség 10 V), az utóbbi mozog az ionizált állapotban (egy elektron távolodik a mag egy tetszőlegesen nagy távolság). A gázok szobahőmérsékleten, mindig jelen egy nagyon kis mennyiségű ionizált atomok merültek fel a kozmikus sugárzás (fotoionizációs). Amikor elhelyezzük egy ilyen gáz az elektromos mező a töltött részecskék kezdenek gyorsítsa átadásával semleges atomok typeset mozgási energia és ionizáló őket. Ennek eredményeként, fejlődik egy lavina folyamat számának növelése a szabad elektronok és ionok - elektromos kisülés. A jellegzetes parázsfény felszabadulásával összefüggő energia után rekombináció elektronok és a pozitív ionok. Típusú elektromos kisülések igen változatos és nagymértékben függ a gáz összetételétől és a környezeti feltételek.

Az anyag keverékét tartalmazó semleges atomok, szabad elektronok és a pozitív ionok, az úgynevezett plazma. A plazma származó viszonylag alacsony feszültségű elektromos kisülések (pl. A csövekben „nappali fény”) jellemzi nagyon alacsony koncentrációban töltött részecskék képest a semleges (). Általában, ez az úgynevezett alacsony hőmérsékletű, mint atomok és ionok közel szobahőmérsékletre. Az átlagos energia sokkal könnyebb elektronok sokkal nagyobb. így alacsony hőmérsékletű plazma lényegesen nem egyensúlyi, nyitott környezet. Mint említettük, az ilyen környezetben lehetséges szervezeti folyamatok. Egy jól ismert példája a generáció a plazmagáz lézerek nagyon koherens sugárzás rendezett.

A plazma is lehet termodinamikai egyensúlyban. Létének igényel egy nagyon magas hőmérsékletű (, amelyen a termikus mozgás energia összemérhető a ionizációs energia). Az ilyen hőmérsékletek létezik a napenergia felületre, akkor fordulhat elő, egy nagyon erős elektromos kisülések (villámlás), közben a nukleáris robbanás. Ezt a plazma nevezik meleg.

Föld elég jól vezeti az elektromos áram (szemben a száraz levegő). A magasságban 50 km-ionizáló sugárzás hatására a jelenléte külső ionoszféra - egy réteg erősen ionizált gáz. A mérések azt mutatják, hogy van egy nagy potenciális különbség az ionoszféra és a föld felszínén (körülbelül 5000000 B), ahol az ionoszféra pozitív képest Zamli töltés. A jelenléte potenciális különbség a föld és az „ég” ad okot, hogy egy nagyon kis áramsűrűség (A /), még egy rossz vezető, mint a levegő. Összesen áram jön a bolygó felszínén igen nagy (kb. A) és a teljesítmény hasonló a kapacitás az összes erőmű épül (W) a nekik juttatott. Természetes kérdés merül fel a mechanizmus fenntartása említett potenciális különbség, és az okokat, amelyek a jelenléte még nem használtuk fel az ember.

Ma már megállapítható, hogy a fő mechanizmus a töltés az „ég” Bizonyítsa be, hogy a föld zivatarok. Vízcseppek és jégkristályok, lefelé haladva az alsó thundercloud gyűjtött jelenleg a légkörben a negatív töltések és így felszámított része egy viharfelhő kisebb negatív villamos potenciál sokszor nagyobb, mint a föld potenciál. Ennek eredményeként, irányított az ellenkező irányba képest a területen jelen lévő felhőtlen időjárás a föld és a felhő jelenik meg nagyon nagy elektromos térerőt. Közel a Föld felszínén kiálló vezető tárgyak, ez a mező tovább fokozza, és ez elegendő ahhoz, hogy ionizálja a gáz, ami növeli a lavina joggal. Az eredmény egy nagyon erős elektromos kisülés, az úgynevezett villám. A közhiedelemmel ellentétben, a villám kezdődik a Földön, és egy pofon a felhő, és nem fordítva.

Jellemző, tiszta időben az elektromos térerősség 100 V / m nem lehetséges nem csak használni, de még érzem, bár az emberi növekedés azonos magasságú annak hiányában, hogy létrehoz egy potenciális különbség kb 200V. Ennek oka az alacsony vezetőképesség a levegő és, következésképpen, az alacsony áramsűrűség a föld felszínén áramok. Bevezetés az elektromos áramkör egy jó vezető (Human) shunt-láb levegő oszlop, gyakorlatilag nem változik a teljes ellenállás az áramkör „sky-föld” a jelenlegi állandó marad. Okozott nekik a feszültségesés az emberi test kb U = IR = 0.2mkV hogy jóval az érzékenységi küszöbét a szervezetben.

Az elektromos áram az élő szövetekben.

A legfontosabb szerepe az elektromos impulzusok az élet szervezetek feltételezzük, hogy több mint 200 évvel ezelőtt. Ma már tudjuk, hogy ezek az impulzusok vezérlésére használjuk szervezetek működésének és az információk átadását a közöttük a folyamat az élet. A szerepe a kábelek jelek átvitelére a komplex „biológiai számítógép” játék az idegek, amelyek alapján erősen specializált sejtek - neuronok. Főbb funkciók ezeknek a sejteknek - fogadását, feldolgozását és erősítést elektromos jeleket. A neuronok egymással kommunikálni egy „hálózat” révén különleges hosszúkás kiemelkedések - axonok átjárt vezető funkciót. Tanulmányok terjedési elektromos jelek az axonok együtt végeztük biológusok, vegyészek és fizikusok a 30-60 év a század, és az elsők között sikeres példák a gyümölcsöző együttműködés a rokon tudományok.

Mint kiderült, a tulajdonságait az elektromos impulzusok szaporítóanyagok az axonok nagymértékben különböznek a hagyományos elektromos: 1) terjedési sebessége mentén axon impulzusok több nagyságrenddel kisebb, mint a jellemző fém; 2), miután elhaladtak az elektromos impulzus van egy „holt” idő, amely alatt a következő impulzus elosztó lehetetlen; 3) Létezik egy küszöb feszültség (impulzus amplitúdója a küszöbérték alatt nem kell alkalmazni); 4) lassú növekedése feszültség, még mielőtt a küszöbértéket meghaladó értékeket az impulzus mentén axon nem telt el ( „szállás”).

Ezek a szokatlan hagyományos elektromos jellemzőit ingerületvezetési axonok talált magyarázatok nagyon sajátos elektrokémiai mechanizmus, a központi része az, amelyik féligáteresztő sejtmembrán az ion elválasztó tartalmazó abnormálisan magas koncentrációban ion K + és alacsony - Na + belső sejttérfogat (és annak axon) a környezet sóoldattal töltött. Ennek eredményeként, a véletlenszerű hőmozgás részecskék a határfelületen át a régiók különböző koncentrációjú pozitív ionok, amelynek diffúziós fluxusát (K + - ki a sejt, Na + - benne), amelynek a sebességek szabályozza permeabilitását a sejtmembránt és az elektromos potenciál különbség mindkét oldalán meg. Változások a membrán permeabilitás az egyes ionok okoz változást tapasztalunk a töltött részecskék határának átlépése, és ezáltal a változás elektromos potenciál viszonyítva axon külső környezet. A kísérletek azt mutatták, hogy a vezetőképesség a membrán része változik attól függően, hogy az alkalmazott potenciális különbség hozzá. így szállított az axon része megváltozik az elektromos impulzus rövid ideig (tulajdonságaitól függően az axon), a vezetőképessége a membrán, ami egy újraelosztása töltés fokozó impulzus és annak hátsó él kialakulását. Ebben az esetben, az axon ugyanakkor szerepet tölt be a karmester, és a „megerősítő alállomások - ismétlő”, amely kiküszöböli a csillapítás továbbított jelek a test elég hosszú távolságot.

Érdekes, hogy nagyon hasonló a probléma, hogy az egyik, hogy már megoldódott a természet, mielőtt megkezdik a axon vezetési mechanizmus kellett venni a rádiót, amikor próbál szervezni transz-atlanti kábeles kapcsolat. Annak érdekében, hogy a csillapítás és a torzítás egy hosszú sorban jel, a kábelt kellett osztani viszonylag rövid kapcsolatok, amelyek között az erősítők kerültek. Az a tapasztalat, a fizikusok, hogy hosszú kábelek jelentősen enyhíti a problémát, a mechanizmus az elektromos vezetőképessége axon.