Природа струму в металах
Нам відомо, що атоми речовини складаються з ядер і електронів, які обертаються навколо цих ядер. Електрони притягуються ядрами, і щоб їх “відірвати”, потрібно докласти деяке зусилля.
У такому випадку ми будемо мати позитивно заряджене ядро і негативно заряджені електрони.
Виходить, що щоб в провіднику з’явився електричний струм, треба вирвати безліч електронів з пут атомів і супроводжувати їх на всьому шляху дії струму, щоб їх не захопили нові атоми. Очевидно, що для цього буде потрібна досить пристойна сила. Однак, при виникненні електричного поля, струм починає бігти в металевих провідниках без жодного зусилля. Як же це виходить? Яка природа електричного струму в металах, що вони можуть безперешкодно проводити струм практично без втрат?
Природа струму в металах
Справа в тому, що в металах структура будови речовини така, що частки розташовані в кристалічних решітках, утворених позитивними іонами, тобто ядрами атомів. А негативні іони, тобто електрони, вільно переміщаються між ядрами, не будучи пов’язаними з ними.
Заряд всіх електронів в спокійному стані компенсує позитивний заряд ядер.
Коли виникає чинне на електрони електричне поле, вони починають рухатися в одному напрямку по всій довжині провідника.
Так утворюється електричний струм у металах. Швидкість руху кожного конкретного електрона невелика – близько декількох міліметрів на секунду. Але швидкість поширення електричного поля дорівнює швидкості світла, близько 300 000 км/с. Електричне поле приводить в рух всі електрони на своєму шляху, і струм поширюється в металевих дротах зі швидкістю світла.
Дія електричного струму
З якою б швидкістю не рухалися електрони в металі, ми не можемо побачити це на власні очі – вони занадто малі. Судити про наявність в провіднику струму, ми можемо лише по виробленій їм дії. Дія електричного струму може бути дуже різноманітною. Теплова дія струму проявляється в нагріванні провідника. Ця дія широко використовується в електронагрівальних приладах:
- Чайниках; Обігрівачах; Фенах.
Ще струм має хімічну дію. У деяких розчинах при впливі електричним струмом виділяються різні речовини. Так добувають чисті речовини з солей і лугів. Струм володіє також і магнітною дією. Причому магнітна дія струму проявляється завжди і в будь-яких провідниках.
Магнітна дія струму полягає в тому, що навколо провідника зі струмом утворюється магнітне поле.
Це поле можна вловити і виміряти. Для використання магнітної дії струму споруджують спіральні обмотки з ізольованих проводів і пропускають по них струм. Таким чином, концентрують і підсилюють магнітну дію струму і створюють електромагніти.
Електрика і магнетизм взагалі нерозривно пов’язані один з о одним. Найпростіший приклад: притягання наелектризованого гребінцем волосся – є не що інше, як магнітна дія електричного заряду.
Людина дуже активно використовує магнітні властивості струму. Від виробітку електроенергії, в якій перетворюють механічну енергію в електричну за допомогою магнітів, до конкретних електроприладів, які виробляють зворотне перетворення електрики в механічну роботу – скрізь використовується магнітна дія струму.
Напрямок струму
За направлення електричного струму в ланцюзі прийнятий напрямок руху позитивних зарядів.
А так як ми знаємо, що рухається не позитивний, а негативний заряд – електрони, то відповідно напрямок струму – це напрям, в якому рухалися б позитивні заряди, якби вони переміщалися. Це напрям, протилежний руху електронів.
Чому прийняли такий напрямок? Справа в тому, що колись не знали, за рахунок чого в реальності передається електричний заряд, але електрику використовували, і треба було створювати правила і закони для розрахунків. І умовно прийняли за напрямок струму напрямок руху позитивних зарядів. А коли розібралися, вже ніхто не став переписувати заново закони і правила. Тому так і залишилося. А куди конкретно рухаються електрони, враховують у разі потреби.