З чого роблять струм. Як працює електричний струм

ЕЛЕКТРИЧНІ СТРУМИ

змін. від 22.10.2013 р - ( )

Одна властивість матерії, яку хочеться описати, виникає із взаємодії між матерією та субатомною частинкою – електроном. Ця властивість сприймається як електричний струм. Хоча цей опис радикально відрізняється від сучасного розуміння, що таке електрон і яку роль він грає в електричному струмі, по суті, саму концепцію можна зрозуміти, прочитавши лише цю статтю. Для глибшого розуміння викладеного матеріалу рекомендується ознайомитися з першим томом книги Дьюї Б. Ларсона «Структура фізичного всесвіту», а основу цієї статті взято з другого тому цієї серії. Тому взявши другий том, ви знайдете там цей матеріал, але в більш розгорнутому вигляді, що ускладнює його розуміння. Ця стаття покликана дати загальне розуміння суті електричного струму, а вловивши суть ви розберетеся і з деталями.

Отже, Ларсон зрозумів, що Всесвіт – це просто просторово-часова структура речовини, як прийнято вважати у традиційній науці. Він виявив, що Всесвіт – це Рух, в якому простір і час – просто два взаємозумовлені і не існуючі один без одного аспекти руху, і не мають жодного іншого значення. Всесвіт, в якому ми живемо, - не всесвіт матерії, а всесвіт руху, всесвіт, в якому основною реальністю є рух, а всі фізичні реалії та явища, включаючи матерію, - просто прояви руху, що існує в трьох вимірах, у дискретних одиницях та с двома взаємообумовленими аспектами – простором та часом. Простір названий матеріальним сектором, час – космічним сектором. Самі рухи та їх комбінації можуть існувати як у просторі (позитивне усунення) так і в часі (негативне усунення) або одночасно в обох, при цьому будучи одновимірними, двовимірними або тривимірними. Понад те, одномірні руху можна співвіднести з електричними явищами, двовимірні – з магнітними, тривимірні – з гравітацією. Виходячи з цього, атом просто комбінація рухів. Випромінювання – це рух, гравітація – це рух, електричний заряд – це рух, тощо.

Якщо ви нічого не зрозуміли, читаємо спочатку.

Як зазначалося у томі 1, електрон є унікальною часткою. Це єдина частка, побудована на основі матеріального обертання, яка має негативний зсув обертання, що діє. Більш ніж одна одиниця негативного обертання перевищувала б одну позитивну одиницю обертання базового обертання та призводила б до негативної величини загального обертання. Але у електрона підсумкове загальне обертання позитивне, хоча включає одну позитивну та одну негативну одиниці, оскільки позитивна одиниця двовимірна, а негативна – одновимірна.

Таким чином, по суті, електрон – це лише одиниця простору, що обертається.. Ця концепція досить важка для розуміння більшості людей, які вперше стикаються з нею, тому що вона суперечить ідеї природи простору, яку ми набули внаслідок тривалого, але не критичного дослідження нашого оточення. Однак історія науки сповнена прикладів, коли виявляється, що знайомий і досить унікальний феномен є просто одним із членів загального класу, всі члени якого мають однакове фізичне значення. Гарний приклад – енергія. Для дослідників, які закладали основу сучасної науки в середні віки, властивість рухомих тіл зберігатися через рух, називалося “рушійною силою”; нам унікальної природою має “кінетична енергія”. Ідея, що завдяки хімічному складу нерухома дерев'яна палиця містить еквівалент “рушійної сили”, була такою ж чужою, як концепція одиниці простору, що обертається, для більшості людей сьогодні. Але відкриття, що кінетична енергія - це лише одна з форм енергії в цілому, відчинила двері до значного просування у фізичному розумінні. Аналогічно, відкриття, що “простір” нашого повсякденного досвіду, простір продовжень, як його названо у роботах Ларсона, - це одне прояв простору загалом, відкриває двері до розуміння багатьох аспектів фізичної всесвіту, включаючи явища, пов'язані з рухом електронів у матерії.

У всесвіті руху - всесвіту, деталі якого ми розвиваємо, - простір входить у фізичні явища лише як компонент руху. І для більшості цілей конкретна природа простору до справи не відноситься, як і конкретний вид енергії, що входить у фізичний процес, зазвичай не відноситься до результату процесу. Звідси статус електрона як одиниці простору, що обертається, відводить йому особливу роль у фізичній активності всесвіту. Зараз слід зазначити, що обговорюваний нами електрон не несе жодного заряду. Електрон - це комбінація двох рухів: базової вібрації та обертання вібруючої одиниці. Як побачимо пізніше, електричний заряд – це додатковий рух, що може накладатися на комбінацію двох компонентів . Поведінка заряджених електронів розглядатиметься після проведення підготовчої роботи. Зараз нас хвилюють незаряджені електрони.

Як одиниця простору, незаряджений електрон неспроможна рухатися у просторі продовжень, оскільки ставлення простору до простору становить руху (з постулатів Ларсона). Але за певних умов він може рухатися у звичайній матерії, зважаючи на те, що матерія є комбінацією рухів з підсумковим, позитивним або тимчасовим зміщенням, а відношення простору до часу складає рух. Сучасний погляд на рух електронів у твердій матерії такий: вони рухаються у просторах між атомами. Тоді опір потоку електронів розглядається як аналогічне тертю. Наше відкриття полягає в наступному: електрони (одиниці простору) існують в матерії і рухаються в матерії так само, як і рухається в просторі продовжень.

Спрямований рух електронів у матерії визначатиметься як електричний струм. Якщо атоми матерії, якою протікає струм, перебувають у спокої щодо структури твердої сукупності загалом, постійний рух електронів (простору) в матерії має тими самими загальними властивостями, як і рух матерії у просторі. Воно слідує першому закону Ньютона (закон інерції) і може продовжуватися безкінечно без додавання енергії. Така ситуація має місце у феномені, відомому як надпровідність, яке спостерігалося експериментально у багатьох речовин за дуже низьких температур. Але якщо атоми матеріальної сукупності перебувають у температурному русі ( температура – ​​вид одновимірного руху), Рух електронів в матерії додається до просторового компонента температурного руху (тобто, збільшує швидкість) і, тим самим, вносить енергію (тепло) в атоми, що рухаються.

Розмір струму вимірюється кількістю електронів (одиниць простору) за одиницю часу. Одиниця простору за одиницю часу – це визначення швидкості, тому електричний струм – це швидкість. З математичної точки зору не важливо, чи маса рухається в просторі продовжень або в масі рухається простір. Тому, маючи справу з електричним струмом, ми маємо справу з механічними аспектами електрики, і феномен струму можна описати тими самими математичними рівняннями, які застосовуються до звичайного руху в просторі з належними модифікаціями через відмінності в умовах, якщо такі відмінності існують. Можна було б скористатися тими ж одиницями, але з історичних причин для зручності в сучасній практиці використовується окрема система одиниць.

Базова одиниця поточної електрики – це одиниця кількості. У природній системі відліку це просторовий аспект одного електрона, що має усунення швидкості однієї одиниці. Отже, кількість qє еквівалентом простору s. У потоці струму енергія має той самий статус, що і в механічних відносинах, і має просторово-часові вимірювання t/s. Енергія, поділена на якийсь час, - це потужність, 1/s. Подальший підрозділ струму, що має вимірювання швидкості s/t, створює електрорушійну силу (ЕДС) з вимірюваннями 1/s x t/s = t/s². Звичайно, вони є просторово-часовими вимірами сили загалом.

Термін “електричний потенціал” зазвичай використовується як альтернатива ЕДС, але з причин, які будуть обговорюватися пізніше, ми не будемо користуватися “потенціалом” у цьому сенсі. Якщо доречний більш зручний термін, ніж ЕДС, ми будемо користуватися терміном "напруга", символ U.

Ділячи напругу t/s² на струм s/t, ми отримуємо t²/s³. Цей опір, символ R, - єдина з досі розглянутих електричних величин, не еквівалентна знайомій механічній величині. Справжня природа опору розкривається щодо його просторово-часової структури. Вимірювання t²/s³ еквівалентні масі t³/s³, поділеної на час t. Отже, опір - це маса за одиницю часу. Релевантність такої величини легко видно, якщо усвідомити, що кількість маси, що входить в рух простору (електронів) в матерії, не є фіксованою величиною, як це відбувається в русі матерії в просторі продовжень, а величиною, яка залежить від кількості руху електронів. Під час руху матерії у просторі продовжень маса стала, а простір залежить від тривалості руху. При перебігу струму простір (кількість електронів) постійно, а маса залежить від тривалості руху. Якщо потік короткочасний, кожен електрон може рухатися лише в невеликій частині загальної кількості маси в ланцюгу, але якщо тривалий потік, він може повторно проходити через весь ланцюг. У будь-якому випадку загальна маса, залучена в струм, - це добуток маси за одиницю часу (опір) на час потоку. При русі матерії у просторі продовжень загальний простір визначається тим самим способом; тобто, це твір простору за одиницю часу (швидкість) на час руху.

Маючи справу з опором як властивістю матерії, нас здебільшого цікавитиме питомий опірабо опірність, що визначається як опір одиничного куба речовини, що розглядається. Опір прямо пропорційно відстані, пройденому струмом, і обернено пропорційно площі поперечного перерізу провідника. З цього випливає, якщо ми помножимо опір на одиницю площі і розділимо на одиницю відстані, ми отримаємо величину з вимірами t²/s², що відображає лише невід'ємні характеристики матеріалу та навколишні умови (в основному, температуру і тиск) і не залежить від геометричної структури провідника. Якість, зворотне питомому опору чи опірності, - питома провідністьта електропровідність відповідно.

Прояснивши просторово-часові вимірювання опору, ми можемо повернутися до емпірично визначених відносин між опором та іншими електричними величинами та підтвердити спроможність просторово-часових визначень.

Напруга: U = IR = s/t x t²/s³ = t/s²
Потужність: P = I²R = t²/s² x t²/s³ = 1/s
Енергія: E = I²Rt = s²/t² x t²/s³ x t = t/s

Рівняння енергії демонструє еквівалентність математичних виразів електричних та механічних явищ. Оскільки опір – це маса на одиницю часу, добуток опору та часу Rt еквівалентно масі m. Струм, I, – це швидкість v. Таким чином, вираз електричної енергії RtI² еквівалентний виразу кінетичної енергії 1/2mv². Інакше кажучи, величина RtI² – це кінетична енергія руху електронів.

Замість використання опору, часу та струму ми можемо виразити енергію в термінах напруги U (еквівалента IR) та величини q (еквівалента It). Тоді вираз для величини енергії (або роботи) W = Uq. Тут ми маємо певне підтвердження визначення електрики як еквівалента простору. Як описується в одному із стандартних підручників з фізики, сила – це ”чітко визначена векторна величина, що створює зміну руху об'єктів”. ЕДС або напруга підходить під цей опис. Воно створює рух електронів у напрямі падіння напруги. Енергія - це витвір сили на відстань. Електрична енергія Uq – це витвір сили та кількості. Звідси випливає, що величина електрики еквівалентна відстані – той самий висновок, який ми зробили про природу незарядженого електрона.

У традиційній науковій думці статус електричної енергії як однієї з форм енергії в цілому приймається як належне, оскільки вона може перетворюватися на будь-які інші форми, але не приймається статус електричної або електрорушійної сили як однієї з форм сили в цілому. Якби це приймалося, то висновок, зроблений у попередньому параграфі, був би неминучим. Але вердикт фактів, що спостерігаються, ігнорується через загальне враження, що кількість електрики і простір є сутностями абсолютно різної природи.

Попередні дослідники електричних явищ усвідомлювали, що величина, що вимірюється у вольтах, має характеристики сили і відповідно її називали. Сучасні теоретики відкидають це визначення через конфлікт зі своїми поглядом на природу електричного струму. Наприклад, У. Дж. Даффін пропонує визначення електрорушійної сили (ЕДС) і потім каже:
“Незважаючи на назву, це безперечно не сила, але вона дорівнює роботі, виконаній на одиницю позитивного заряду, якщо заряд рухається по колу (тобто, в електричному ланцюзі); тому ця одиниця – вольт”.

Робота на одиницю простору – це сила. Автор просто приймає на віру, що сутність, що рухається, яку він називає зарядом, не еквівалентна простору. Таким чином, він приходить до висновку, що величина, що вимірюється у вольтах, не може бути силою. Ми вважаємо, що він не правий, і що сутність, що рухається – це не заряд, а обертова одиниця простору (незаряджений електрон). Тоді електрорушійна сила, що вимірюється у вольтах, - це насправді сила. По суті, Даффін визнає цей факт, говорячи в іншому зв'язку, що “U/n (вольти на метр) – це те саме, що й N/C (ньютони на кулон)”. Обидва виражають різницю напруги в термінах сили, поділеної на простір.

Традиційна фізична теорія не претендує те що, щоб запропонувати розуміння природи чи кількості електрики, чи електричного заряду. Вона просто допускає: Зважаючи на те, що наукове дослідження не здатне дати будь-яке пояснення природи електричного заряду, він має бути унікальною сутністю, яка не залежить від інших фундаментальних фізичних сутностей, і повинна прийматися як одна з “даних” характеристик природи. Далі допускається, що ця сутність невідомої природи, яка грає головну роль електростатичних явищах, ідентична сутності невідомої природи, кількості електрики, що грає головну роль протягом електрики.

Найзначніша слабкість традиційної теорії електричного струму, теорії, заснованої на наведених вище припущеннях, яку зараз ми можемо розглядати у світлі більш повного розуміння фізичних основ, виведених з теорії всесвіту руху, полягає в тому, що вона приписує електронам дві різних і несумісних ролі. Згідно з нинішньою теорією, ці частинки є компонентамиатомної структури принаймні допускається, що деякі з них вільно пристосовуються до будь-яких електричних сил, доданих до провідника. З одного боку, кожна частка так міцно пов'язана із залишком атома, що відіграє значну роль у визначенні властивостей атома, і щоб відокремити її від атома, потрібно докласти значної сили (потенціал іонізації). З іншого боку, електрони рухаються настільки вільно, що реагуватимуть на температурні або електричні сили, величина яких трохи більша за нуль. Вони повинні існувати у провіднику у певних кількостях, якщо вважати, що провідник електрично нейтральний, хоча й несе електричний струм. У той же час вони повинні вільно залишати провідник (або у великих, або в малих кількостях) за умови набуття достатньої кількості кінетичної енергії.

Має бути очевидним, що теорії закликають електрони виконувати дві різні функції, що суперечать. Їм приписувалося ключове положення і в теорії атомної структури, і в теорії електричного струму, ігноруючи той факт, що властивості, які вони повинні мати для виконання функцій, необхідних однією теорією, заважають функцій, які вони мають виконувати в іншій теорії.

Теоретично всесвіту руху кожне з цих явищ включає різну фізичну сутність. Одиниця атомної структури – це одиниця обертального руху, а чи не електрон. Вона має постійний статус, який потрібний для атомного компонента. Тоді електрон без заряду і без будь-якого зв'язку з атомною структурою доступний як одиниця електричного струму, що вільно рухається.

Фундаментальний постулат теорії Зворотної Системи говорить, що фізичний всесвіт – це всесвіт руху, всесвіт, в якому всі сутності та феномени є рухами, комбінаціями рухів або відносинами між рухами. У такому всесвіті всі основні феномени можна пояснити. Немає нічого, що “не піддавалося б аналізу”, як свідчить Бриджмен. Базові сутності та явища всесвіту руху – випромінювання, гравітація, матерія, електрика, магнетизм тощо – можна визначити в термінах простору та часу. На відміну від традиційної фізичної теорії, Зворотна Система не повинна залишати свої базові елементи на милість метафізичному таїнству. Вона не повинна виключати їх з фізичного дослідження, як мовиться в наведеному нижче затвердженні з “Британської Енциклопедії”:

“Питання: “Що таке електрика?”, як і питання: “Що таке матерія?”, лежить поза сфери фізики і належить сфері метафізики”.

У всесвіті, що повністю складається з руху, електричний заряд, що відноситься до фізичної сутності, обов'язково має бути рухом. Тоді проблема, що стоїть перед теоретичним дослідженням, - не відповідь на запитання: Що таке електричний заряд?, а визначення, який вид руху поводиться як заряд. Визначення заряду як додаткового руху не тільки прояснює відношення між зарядженим електроном, що експериментально спостерігається, і незарядженим електроном, відомим лише як рухома сутність в електричному струмі, а й пояснює взаємообмін між ними, що є принциповою підтримкою нині популярної думки, що в процес залучається лише одна сутність – заряд. Не завжди пам'ятають, що ця думка досягла загального визнання лише після довгої та жвавої полеміки. Між статичними і поточними феноменами є подібність, але є й значну різницю. В даний час через відсутність будь-якого теоретичного пояснення будь-якого виду електрики, потрібно вирішити питання, чи ідентичні заряджені і незаряджені електрони завдяки їх схожості або непорівнянні через відмінності. Взяв гору рішення на користь ідентичності, хоча з часом накопичилися багато свідоцтв проти правочинності цього рішення.

Подібність проявляється у двох загальних видах: (1) деякі властивості заряджених частинок та електричних струмів схожі; (2) спостерігаються переходи від одних до інших. Визначення зарядженого електрона як незарядженого електрона з додатковим рухом пояснює обидва види подібності. Наприклад, демонстрація того, що заряд, що швидко рухається, має ті ж магнітні властивості, що й електричний струм, виявилася головним фактором у перемозі, здобутій прихильниками теорії “заряду” електричного струму багато років тому. Але наші відкриття показують, що сутності, що рухаються, є електронами або іншими носіями зарядів, тому існування або не існування електричних зарядів до справи не відноситься.

Другий вид свідоцтва, яке інтерпретувалося на користь підтримки ідентичності статичних і електронів, що рухаються, - це уявна заміна електрона поточного потоку зарядженим електроном у таких процесах як електроліз. Тут пояснення таке: електричний заряд легко створюється та легко руйнується. Як знає кожен, для створення електричного струму на багатьох поверхнях, таких як сучасні синтетичні волокна, потрібно лише невелике тертя. З цього випливає, де б не існувала концентрація енергії в одній із форм, здатна вивільнятися перетворенням на іншу, вібрація обертання, що становить заряд, або виникає, або зникає, щоб дозволити вид руху електронів, що має місце у відповідь на діючу силу.

Наслідувати превалюючу політику, розглядаючи дві різні кількості як ідентичні і користуючись однаковими одиницями для обох, можна лише тому, що два різні використання абсолютно окремі в більшості випадків. За таких обставин у обчислення не вводиться помилка від використання однакових одиниць, але у будь-якому випадку, якщо обчислення або теоретичний розгляд включає величини обох видів, необхідне чітке розмежування.

Як аналогію можна припустити, що хочемо встановити систему одиниць, у яких виражаються властивості води. Ще давайте припустимо, що ми не можемо усвідомити різницю між властивостями ваги та обсягу, і тому виражаємо їх у кубічних сантиметрах. Така система еквівалентна використанню одиниці ваги за один грам. І до тих пір, поки ми маємо справу окремо з вагою та обсягом, з кожним у його власному контексті, факт, що вираз “кубічний сантиметр” має два абсолютно різні значення, не призводить до жодних труднощів. Однак якщо ми маємо справу з обома якостями одночасно, суттєво усвідомлювати різницю між ними. Розподіл кубічних сантиметрів (вага) на кубічні сантиметри (обсяг) не виражається безрозмірним числом, як, здавалося б, вказують обчислення; коефіцієнт є фізичною величиною з розмірами вага/обсяг. Аналогічно, ми можемо користуватися однаковими одиницями для електричного заряду та кількості електрики до тих пір, поки вони працюють незалежно і в правильному контексті, але якщо обчислення входять обидві величини або вони працюють індивідуально з невірними фізичними розмірностями, виникає плутанина.

Плутанина з розмірностями, що виникає внаслідок нерозуміння різниці між зарядженими та незарядженими електронами, була джерелом значного занепокоєння та збентеження фізиків-теоретиків. Вона стала на заваді встановлення будь-якої вичерпної систематичного зв'язку між розмірностями фізичних величин. Нездатність виявити основу для зв'язку – явна вказівка ​​на те, що щось не так із самими розмірностями, але замість усвідомлення цього факту, нинішня реакція – замітка проблеми під килим та претензія на те, що проблеми не існує. Ось як бачить картину один із спостерігачів:
“Раніше тема розмірності була суперечлива. Роки безуспішних спроб пішли те що, щоб виявити “невід'ємні, раціональні відносини” у термінах яких слід висловлювати все розмірні формули. Зараз загальноприйнято, що немає одного абсолютного набору розмірних формул”.

Це звичайна реакція на довгі роки розчарування, реакція, з якою ми часто стикалися при дослідженні тим, які обговорювалися в томі 1. Коли найзавзятіші зусилля покоління за поколінням дослідників зазнають поразки в досягненні певної мети, завжди виникає сильна спокуса оголосити, що мета просто недосяжна . Коротше, кажучи, - каже Альфред Ланде, - якщо ви не можете прояснити проблемну ситуацію, оголосіть, що вона "фундаментальна, а потім оприлюдніть відповідний принцип".Тому фізична наука сповнена радше принципів безсилля, а не пояснень.

У всесвіті руху розмірності всіх величин всіх видів можна висловити лише термінах простору і часу. Просторово-часові розмірності базових механічних величин визначено у томі 1. Тут ми додаємо розмірності величин, залучених у потік електричного струму.

Прояснення відносин розмірності супроводжується визначенням природної одиниці величин різних фізичних кількостей. Система одиниць, що зазвичай використовується при роботі з електричними струмами, розвивалася незалежно від механічних одиниць на випадковій основі. Щоб встановити співвідношення між випадковою системою та природною системою одиниць, знадобиться виміряти одну фізичну кількість, величину якої можна визначити у природній системі, як це робилося у попередньому визначенні співвідношень між природними та традиційними одиницями простору, часу та маси. Для цієї мети ми скористаємося константою Фарадея - спостережуваним ставленням між кількістю електрики та масою, залученою в електроліз. Помножуючи цю константу, 2,89366 x 10 14 ес/г-еквів, на природну одиницю атомної ваги 1,65979 x 10 -24 г, ми отримаємо в якості природної одиниці кількості електрики 4,80287 x 10 -10 ес.

Спочатку визначення одиниці заряду ( есе) за допомогою рівняння Кулона в електростатичній системі виміру планувалося використовувати як засіб введення електричних величин у механічну систему виміру. Але тут електростатична одиниця заряду та інші електричні одиниці, що включають есе, становлять окрему систему вимірювання, в якій t/s ототожнюється електричним зарядом.

Величина електричного струму – кількість електронів за одиницю часу, тобто, одиниць простору за одиницю часу чи швидкість . Тому природну одиницю струму можна виразити як природну одиницю швидкості, 2,99793 x 1010 см/сек. У термінах електрики це природна одиниця кількості, поділена на природну одиницю часу, вона дорівнює 3,15842 x 10 6 ес/сек або 1,05353 x 10 -3 ампер. Отже, традиційна одиниця електричної енергії, ват-година, дорівнює 3,6 x 1010 ерг. Природна одиниця енергії, 1,49275 x 10 -3 ерг, еквівалентна 4,14375 x 10 -14 ват-годин. Ділячи цю одиницю на природну одиницю часу, ми отримуємо природну одиницю потужності – 9,8099 x 10 12 ерг/сек = 9,8099 x 10 5 Вт. Потім розподіл на природну одиницю струму дає нам природну одиницю електрорушійної сили або напруга 9,31146 x 10 8 Вольт. Ще один розподіл струму дає природну одиницю опору 8,83834 x 10 11 Ом.

Ще одна кількість електрики, що заслуговує на згадку через ключову роль, яку вона грає в сучасному математичному підході до магнетизму, - це “щільність струму”. Вона визначається “кількість заряду, що проходить за секунду через одиницю площі площини, перпендикулярної лінії потоку”. Це дивна величина, відмінна від будь-якої іншої кількості, яка вже обговорювалася, тим, що не є ставленням між простором і часом. Коли ми усвідомили, що ця кількість насправді є струмом на одиницю площі, а не “заряд” (факт, що підтверджується одиницями, амперами на квадратний метр, в яких воно виражається), його просторово-часові розмірності, мабуть, є s/ t x 1/s² = 1/st. Вони є розмірностями руху чи властивістю руху. Звідси випливає, що в цілому ця величина не має фізичного значення. Це просто математична зручність.

Фундаментальні закони електричного струму, відомі сучасній науці, такі як Закон Ома, Закон Кірхгофа та їх похідні, - це просто емпіричні узагальнення, і їх застосування не впливає прояснення істинної природи електричного струму. Суть цих законів і деталі, що стосуються справи, адекватно описані в існуючій науковій та технічній літературі.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ОПИР

Хоча рух електричного струму в матерії еквівалентний руху матерії в просторі, умови, з якими стикається кожен вид руху в нашому повсякденному досвіді, виділяють різні аспекти загальних положень. Коли ми маємо справу з рухом матерії у просторі продовжень, нас переважно цікавлять рухи індивідуальних об'єктів. Закони руху Ньютона, наріжні камені механіки, мають справу із застосуванням сили для виникнення або зміни рухів таких об'єктів та з передачею руху від одного об'єкта іншому. З іншого боку, у разі електричного струму нас цікавлять аспекти безперервності потоку струму, а статус залучених індивідуальних об'єктів до справи не належить.

Рухливість одиниць простору в потоці струму вводить деякі види мінливості, які відсутні у русі матерії просторі продовжень. Отже, є поведінкові характеристики чи властивості матеріальних структур, характерні для відношення між структурами та електронами, що рухаються. Висловлюючись інакше, можна сказати, що матерія має деякі характерні електричні властивості. Основна властивість такої природи – опір. Як зазначалося раніше, опір - це єдина кількість, що бере участь у фундаментальних відносинах потоку струму, яка не є знайомою характеристикою системи рівнянь механіки, рівнянь, що мають справу з рухом матерії у просторі продовжень.

Один із авторів підсумовує сучасні ідеї про походження електричного опору так:
"Здатність проводити електрику ... виникає за рахунок присутності величезної кількості квазі-вільних електронів, які під дією електричного поля здатні текти через металеві грати ... Збудливі впливи ... перешкоджають вільному потоку електронів, розсіюючи їх і створюючи опір".

Як зазначалося, розвиток теорії всесвіту руху призводить до прямо протилежної концепції природи електричного опору. Ми знаходимо, що електрони виводяться із навколишнього середовища. Як говорилося в томі 1, є діючі фізичні процеси, що створюють електрони у значних кількостях, і що, хоча рухи, що становлять ці електрони, у багатьох випадках поглинаються атомними структурами, можливості використання цього виду руху в таких структурах обмежені. Звідси випливає, що у матеріальному секторі всесвіту є великий надлишок вільних електронів, більшість яких не заряджена. У незарядженому стані електрони не можуть рухатися у зв'язку з простором продовжень, тому що є одиницями простору, що обертаються, а відношення простору до простору не є рух. Тому у відкритому просторі кожен незаряджений електрон постійно перебуває в тому самому положенні щодо природної системи відліку, за способом фотона. У контексті стаціонарної просторової системи відліку незаряджений електрон, як і фотон, виноситься назовні зі швидкістю світла послідовністю природної системи відліку. Таким чином, всі матеріальні сукупності піддаються дії потоку електронів, подібно до безперервного бомбардування фотонами випромінювання . Тим не менш, є й інші процеси, коли електрони повертаються до навколишнього середовища. Отже, населення електронів матеріальної сукупності, такий як Земля, стабілізується лише на рівні рівноваги.

Процеси, що визначають рівновагу концентрації електронів, не залежать від природи атомів матерії та об'єму атомів. Тому в електрично ізольованих провідниках, де немає потоку струму, концентрація електронів є постійною. З цього випливає, що кількість електронів, залучених до теплового руху атомів матерії, пропорційно до обсягу атома, і енергія цього руху визначається діючими коефіцієнтами обертання атомів. Отже, опір визначається обсягом атома та тепловою енергією.

Речовини, обертальний рух в яких відбувається повністю в часі, мають тепловий рух у просторі, згідно з загальним правилом, що управляє додаванням рухів, що встановлено в томі 1. У цих речовин нульовий тепловий рух відповідає нульовому опору, і при підвищенні температури опір збільшується. Це відбувається за рахунок того, що концентрація електронів (одиниць простору) у часовому компоненті провідника є постійною для будь-якої конкретної величини струму. Отже, струм збільшує тепловий рух у певній пропорції. Такі речовини називаються провідниками.

В інших елементів, що мають два виміри обертання в просторі, тепловий рух, який через кінцеві діаметри електронів, що рухаються, вимагає двох відкритих вимірювань, обов'язково відбувається в часі. У разі нульова температура відповідає нульовому руху у часі. Тут опір спочатку великий, але зменшується при підвищенні температури. Такі речовини відомі як ізолятори чи діелектрики.

Елементи з найбільшим електричним усуненням, що мають лише один вимір просторового обертання і найближчі до електропозитивних поділів, здатні слідувати позитивному патерну і є провідниками. Елементи з нижчим електричним усуненням слідують модифікованому патерну руху в часі, де опір зменшується від високого, але кінцевого рівня до нульової температури. Такі речовини з проміжними характеристиками називаються напівпровідниками.

На жаль, виміри опору включають безліч факторів, які вводять похибку результати. Особливо важлива чистота зразка, через велику різницю між опорами провідників і діелектриків. Навіть невелика кількість забруднення діелектрика може істотно змінювати опір. Традиційна теорія немає пояснення величини даного ефекту. Якщо електрони рухаються в проміжках між атомами, як стверджує теорія, кілька додаткових перешкод на шляху не повинні робити значний внесок у опір. Але, як стверджуємо, струми рухаються переважають у всіх атомах провідника, включаючи нечисті атоми, як і збільшує вміст теплоти кожного атома у пропорції до його опору. Вкрай високий опір діелектрика виливається у великий внесок кожного нечистого атома, і навіть дуже мало таких атомів дуже значний ефект.

Забруднення напівпровідних елементів менш ефективні як забруднення, але все ще можуть мати опір у тисячі разів більший, ніж опір провідних металів.

Також опір змінюється під дією тепла, і, перш ніж можуть виконуватися надійні виміри, потрібен ретельний відпал. Адекватність цього у багатьох, а то й у більшості визначень опору, сумнівна. Наприклад, Г. Т. Міден повідомляє, що така обробка знижує опір берилію на 50%, і що "попередня робота проводилася на зразках, що не відпалюються". Інші джерела неясності включають зміни в кристалічній структурі або магнітній поведінці, які відбуваються при різних температурах або тиску в різних зразках, або за різних умов, що часто супроводжуються значними ефектами запізнення.

Зважаючи на те, що електричний опір є результатом температурного руху, енергія руху електрона перебуває в рівновазі з температурною енергією. Отже, опір прямо пропорційно діючої температурної енергії, тобто температурі. З цього випливає, що збільшення опору на градус постійно для кожної (незміненої) речовини; ця величина визначається атомними характеристиками. Тому, крива, що становить відношення опору до температури в додатку до одиничного атома, лінійна. Обмеження до прямої лінії – характеристика відносин електрона, і відбувається з допомогою те, що електрон має лише однією одиницею зміщення обертання і, отже, неспроможна зрушуватися до многоединичного типу руху за способом складних атомних структур.

Однак схожа зміна кривої питомого опору відбувається у тому випадку, якщо коефіцієнти, що визначають опір, змінюються за допомогою перекомпонування, наприклад, зміна тиску. Як висловився П.У. Бріджмен під час обговорення своїх результатів після того, як мала місце зміна такої природи, по суті, ми маємо справу з іншою речовиною. Крива модифікованого атома теж пряма лінія, але вона не збігається з кривою не модифікованого атома. У момент переходу до нової форми опір індивідуального атома різко змінюється до співвідношенню з іншою прямою лінією.

ЕЛЕКТРИЧНІ ЗАРЯДИ

У всесвіті руху всі фізичні сутності та феномени є рухами, комбінаціями рухів або відносинами між рухами. З цього випливає, що розвиток структури теорії, що описує такий всесвіт, - це переважно справа визначення, які рухи та комбінації рухів можуть існувати за умов, визначених у постулатах. До цього моменту в нашому обговоренні фізичних явищ ми мали справу лише з поступальним рухом, рухом електронів у матерії та різними впливами цього руху, скажімо, з механічними аспектами електрики. Зараз ми звернемо увагу на електричні феномени, що включають обертальний рух.

Як описано в томі 1, гравітація - це тривимірне обертально розподілене скалярне рух. Якщо розглядати загальний патерн генеруючих рухів більшої складності як комбінацію різних видів руху, природно припустити можливість накладання одновимірного або двовимірного скалярного обертання на об'єкти, що притягуються, для створення феноменів більш складної природи. Однак, аналізуючи ситуацію, ми виявляємо, що додавання до гравітаційного руху звичайного обертально розподіленого руху менше ніж у трьох вимірах просто змінювало б величину руху і не призводило до появи будь-яких нових видів явищ.

Однак є різновид обертально розподіленого патерну, який ми ще не досліджували. До цього моменту розглянуто три загальні види простого руху (скалярного руху фізичних положень): (1) поступальний рух; (2) лінійна вібрація; та (3) обертання. Зараз нам слід усвідомити існування четвертого виду - вібраційно-обертального руху, пов'язаного з обертанням так само, як лінійна вібрація пов'язана з поступальним рухом. Векторний рух такого виду зазвичай (приклад - рух волоскової пружини в годиннику), але багато в чому ігнорується традиційною науковою думкою. Воно відіграє важливу роль у базовому русі всесвіту.

На атомному рівні вібрація обертання – це розподілений скалярний рух, що обертається, що піддається безперервній зміні зовні всередину і навпаки. Як і при лінійній вібрації, щоб бути постійним, вимірювання скалярного спрямування має бути безперервним та однорідним. Отже, подібно до фотона випромінювання, воно має бути простим гармонійним рухом. Як зазначалося в обговоренні температурного руху, коли простий гармонійний рух додається до існуючого руху, він збігається з цим рухом (і, отже, не діє) в одному з скалярних напрямків і має діючу величину в іншому скалярному напрямку. Кожен додатковий рух повинен пристосовуватися до правил комбінації скалярних рухів, встановлених у томі 1. На цій підставі діючий скалярний напрямок вібрації обертання, що самопідтримується, повинен бути напрямком назовні, протилежно обертальному руху всередину, з яким воно пов'язане. Подібний додаток скалярного напрямку всередину не стабільно, але може підтримуватися зовнішнім впливом, у чому ми переконаємося пізніше.

Скалярний рух у формі вібрації обертання визначатиметься як заряд. Одномірне обертання такого типу – це електричний заряд. У всесвіті руху будь-яке базове фізичне явище, таке як заряд, - це обов'язково рух. І єдиним питанням, що вимагає відповіді за допомогою дослідження його місця у фізичній картині, є питання: Який це вид руху. Ми виявляємо, що спостерігається електричний заряд має властивості, які теоретичний розвиток визначає як одновимірну вібрацію обертання; отже, ми можемо зрівняти ці два поняття.

Цікаво відзначити, що традиційна наука, яка так довго не могла пояснити походження та природу електричного заряду, усвідомлює, що він скалярний. Наприклад, У. Дж. Даффін повідомляє, що описані ним експерименти демонструють, що “заряд можна визначити одиничним числом”, підтверджуючи висновок, що “заряд – це скалярна величина”.

Однак у традиційному фізичному мисленні електричний заряд сприймається як одне з фундаментальних фізичних сутностей, та її визначення як рух, безсумнівно, стане сюрпризом багатьом людей. Слід наголосити, що це не особливість теорії всесвіту руху. Незалежно від наших відкриттів, заснованих на цій теорії, заряд – це обов'язково рух, і на підставі визначень, що працюють у традиційній фізиці, факт, яким нехтують тому, що він не узгоджується із сучасною теорією. Ключовий чинник ситуації – визначення сили. Ми знаємо, що сила – це властивість руху, а чи не щось фундаментальної природи, що існує саме по собі. Розуміння цього становища істотно у розвиток теорії зарядів.

З метою використання у фізиці сила визначається другим законом руху Ньютона. Це добуток маси на прискорення, F = ma. Рух, відношення простору до часу, на основі індивідуальної одиниці маси вимірюється як швидкість або швидкість, v (тобто, кожна одиниця рухається зі своєю швидкістю), або на колективній основі як момент – добуток маси на швидкість, mv, що раніше називається більш описовою назвою "кількість руху". Ступінь зміни величини руху у часі – це dv/dt (прискорення, а) у разі індивідуальної маси, та m dv/dt (сила, ma), якщо вона вимірюється колективно. Тоді сила визначається як швидкість зміни величини загальної кількості руху у часі; ми можемо називати її "кількістю прискорення". З визначення випливає, що сила – це властивість руху. Вона має той самий статус, як і будь-яке інше властивість, а чи не щось, що може існувати як автономна сутність.

Так звані "фундаментальні сили природи", імовірно автономні сили, які закликаються для пояснення походження фізичних явищ, - це обов'язково властивості рухів, що стоять за ними; вони не можуть існувати як незалежні сутності. Кожна “фундаментальна сила” має з'являтися із фундаментального руху. Це логічна вимога визначення сили, і вона справедлива незалежно від фізичної теорії, у контексті якої розглядається ситуація.

Сучасна фізична наука не здатна визначати рухи, які потребують визначення сили. Наприклад, фізичний заряд створює електричну силу, але як визначається зі спостереження, він не робить цього за власною ініціативою. Відсутня вказівка ​​на будь-який попередній рух. З таким явним протиріччям визначення сили нині справляються ігноруванням вимог визначення та розглядом електричної сили як сутності, яка невизначеним чином створюється зарядом. Наразі необхідність ухилення такого роду усувається визначенням заряду як вібрації обертання. Зараз ясно, що причина відсутності будь-якого свідчення руху, залученого до виникнення електричної сили, у тому, що сам собою заряд і є рух.

Отже, електричний заряд – це одновимірний аналог тривимірного руху атома чи частки, який ми визначили як масу. Просторово-часові розмірності маси – t³/s³. В одному вимірі це буде t/s. Вібрація обертання – це рух подібний до обертання, що становить масу, але відрізняється лише періодичним переворотом скалярного напрямку. З цього випливає, що електричний заряд - одномірна вібрація обертання - також має розміри t/s. З величин заряду можна вивести виміри інших електростатичних величин. Напруженість електричного поля- величина, що відіграє важливу роль у багатьох відношеннях, що включають електричні заряди, - це заряд на одиницю площі, t/s x 1/s² = t/s³. Твір напруженості поля та відстані, t/s³ x s = t/s², - це сила, електричний потенціал.

З тих же причин, що належать до створення гравітаційного поля масою, електричний заряд оточений силовим полем. Однак взаємодія між масою та зарядом відсутня. Скалярний рух. що змінює поділ між А і Б, можна у системі відліку або як рух АБ (рух А до Б), або рух БА (рух Б до А). Звідси рухи АБ і ХА не є двома окремими рухами; вони - просто два різні способи уявлення одного і того жруху у системі відліку. Це означає, що скалярний рух – це взаємний процес. Він не може мати місця поки об'єкти А і Б не здатні до одного і того ж виду руху. Отже, заряди (одномірні рухи) взаємодіють лише з зарядами, а маси (тривимірні рухи) лише з масами.

Лінійний рух електричного заряду, аналогічний гравітації, піддається тим самим розглядам, як і гравітаційний рух. Однак як зазначалося раніше, воно спрямоване назовні, а не всередину, і, отже, не може додаватися безпосередньо до базового руху вібрації за способом комбінацій обертального руху. Обмеження руху назовні виникає за рахунок того, що послідовність назовні природної системи відліку, яка присутня завжди, поширюється на повну одиницю швидкості назовні - величину, що обмежує. Подальший рух назовні може додаватися тільки після того, як комбінацію руху буде вводитися компонент всередину. Таким чином, заряд може існувати лише як додаток до атома або субатомної частки.

Хоча скалярний напрямок вібрації обертання, що становить заряд, – це завжди рух назовні, можливі і позитивне (тимчасове) зміщення, і негативне (просторове) зсув, оскільки швидкість обертання може бути або більшою, або менше одиниці, а вібрація обертання обов'язково має бути протилежною до обертання. . Це порушує дуже незручне питання термінології. З логічної точки зору вібрація обертання з просторовим усуненням має називатися негативним зарядом, оскільки вона протилежна позитивному обертанню, а вібрація обертання з тимчасовим усуненням повинна називатися позитивним зарядом. На цій підставі термін "позитивний" завжди відноситься до тимчасового зміщення (низька швидкість), а термін "негативний" завжди відноситься до просторового зміщення (високої швидкості). Використання цих термінів мало б деякими перевагами, але з метою даної роботи не представляється бажаним йти на ризик введення додаткової плутанини до пояснень, які вже страждають від неминучого використання незнайомої термінології для вираження раніше несвідомих зв'язків. Тому для нинішніх цілей ми слідуватимемо нинішньому використанню, і заряди позитивних елементів будуть називатися позитивними. Це означає, що значення термінів “позитивний” і “негативний” у зв'язку з обертанням у зв'язку з зарядом.

У звичайній практиці це повинно створювати ніяких особливих труднощів. Однак у нинішньому обговоренні певна ідентифікація властивостей різних рухів, які входять у досліджувані комбінації, є істотною з метою ясності. Щоб уникнути плутанини, терміни "позитивний" і "негативний" супроводжуватимуться зірочками, якщо використовуються зворотним способом. На цій підставі електропозитивний елемент, що має обертання з низькою швидкістю у всіх скалярних напрямках, приймає позитивний заряд - вібрацію обертання з високою швидкістю. Електронегативний елемент, що має компоненти обертання з високою і низькою швидкостями, може приймати будь-який вид заряду. Проте зазвичай негативний заряд обмежений більшістю негативних елементів класу.

Багато проблем, що виникають коли скалярний рух розглядається в контексті фіксованої просторової системи відліку, з'являються в результаті того, що система відліку має властивість, положення, яким не має скалярний рух. Інші проблеми виникають з зворотної причини: скалярний рух має властивість, яку не має система відліку. Цю властивість ми назвали скалярним напрямком, усередину чи назовні.

Електричні заряди не беруть участь у базових рухах атомів або частинок, але легко створюються майже в будь-якому вигляді матерії і однаково можуть відокремлюватися від цієї матерії. У низькотемпературному оточенні, такому як поверхня Землі, електричний заряд відіграє роль тимчасового доповнення до відносно постійних систем рухів, що обертаються. Не означає, що роль зарядів не важлива. Насправді заряди часто більш впливають на результат фізичних подій, ніж базові рухи атомів матерії, залучених у дію. Але зі структурної точки зору, слід усвідомлювати, що заряди приходять і йдуть так само, як поступальні (кінетичні чи температурні) рухи атома. Як ми невдовзі побачимо, заряди та температурні рухи значною мірою взаємозамінні.

Найпростіший вид зарядженої частинки створюється додаванням однієї одиниці одновимірної вібрації обертання до електрона або позитрону, які мають лише одну незбалансовану одиницю одновимірного зміщення обертання. Оскільки обертання електрона, що діє, негативне, він приймає негативний* заряд. Як вказувалося в описі субатомних частинок у томі 1, кожен незаряджений електрон має два вакантні вимірювання; тобто, скалярними вимірами, у яких відсутнє діюче обертання. Також раніше ми бачили, що базові одиниці матерії - атоми та частки - здатні орієнтуватися відповідно до їх оточення; тобто, вони приймають орієнтації, сумісні з силами, які у оточенні. Коли у вільному просторі створюється електрон, наприклад, з космічних променів, він уникає обмежень, що накладаються його просторовим усуненням (таких як нездатність рухатися в просторі), за допомогою такої орієнтації, коли один з вакантних вимірів збігається з вимірюванням системи відліку. Тоді може займати фіксоване становище у природній системі відліку нескінченно. У контексті стаціонарної просторової системи відліку цей незаряджений електрон, як фотон, виноситься назовні зі швидкістю світла послідовністю природної системи відліку.

Якщо ж електрон входить у нове оточення і починає піддаватися новому набору сил, може переорієнтуватися те щоб пристосуватися до нової ситуації. Наприклад, при входженні в провідний матеріал, він стикається з оточенням, в якому може вільно рухатися, зважаючи на те, що зсув швидкості в комбінаціях рухів, що становлять матерію, відбувається переважно в часі, і зв'язок просторового зміщення електрона з тимчасовим зміщенням атома - це рух. Понад те, чинники довкілля сприяють подібної переорієнтації; тобто, вони сприяють збільшенню швидкості вище рівня одиниці у високошвидкісному оточенні та зменшенню в низькошвидкісному оточенні. Отже, електрон переорієнтує активне усунення у вимірі системи відліку. Це або просторова, або тимчасова система відліку, залежно від того, чи швидкість вище або нижче одиниці, але дві системи паралельні. Насправді це два сегменти єдиної системи, оскільки представляють той же одномірний рух у двох різних областях швидкості.

Якщо швидкість вище одиниці, уявлення змінної величини відбувається у часовій системі координат, і фіксоване положення в природній системі відліку з'являється у просторовій системі координат як рух електронів (електричний струм) зі швидкістю світла . Якщо швидкість менше одиниці, уявлення перевертаються. З цього не випливає, що рух електронів провідником відбувається з такими швидкостями. У цьому сукупність електронів подібна до сукупності газу. Індивідуальні електрони рухаються із високими швидкостями, але у випадкових напрямках. Лише підсумковий надлишок руху у напрямі потоку струму, електронний дрейф, як і зазвичай називається, діє як неспрямований рух.

Ідея "електронного газу" зазвичай приймається в сучасній фізиці, але вважається, що "проста теорія призводить до великих труднощів, якщо досліджується детальніше". Як зазначалося, превалює припущення, що електрони електронного газу, виведені із структур атомів, стикаються з багатьма проблемами. Є пряме протиріччя з величинами питомої теплоти. "Очікувалося, що електронний газ привнесе додаткові 3/2 R у питому теплоту металів", але такого збільшення питомої теплоти експериментально не виявлено.

Теорія всесвіту руху пропонує відповіді на ці проблеми. Електрони, рух яких складає електричний струм, не виводяться з атомів і не піддаються обмеженням, що стосуються їх виникнення. Відповідь на проблему питомої теплоти у природі руху електронів. Рух незаряджених електронів (одиниць простору) у матерії провідника еквівалентний руху матерії у просторі продовжень. При даній температурі атоми матерії мають певну швидкість щодо простору. Не важливо, чи простір це продовжень чи електронний простір. Рух в електронному просторі (рух електронів) є частиною температурного руху, а питома теплота за рахунок цього руху є частиною питомої теплоти атома, а не чимось окремим.

Якщо переорієнтація електронів відбувається у відповідь на фактори навколишнього середовища, вона не може перевертатися проти сил, пов'язаних із цими факторами. Тому в незарядженому стані електрони не можуть залишати провідник. Єдине активне властивість незарядженого електрона – просторове усунення, і ставлення цього простору до простору продовжень перестав бути рухом. Комбінація обертальних рухів (атома чи частки) з підсумковим зміщенням у просторі (швидкість більше одиниці) може рухатися лише у часі, як зазначалося раніше. Комбінація обертальних рухів з підсумковим усуненням у часі (швидкість менше одиниці) може рухатися лише у просторі, оскільки рух – це зв'язок між простором і часом. Але одиниця швидкості (природний нуль чи початковий рівень) – це єдність у просторі та часі. З цього випливає, що комбінація рухів із підсумковим усуненням швидкості рівним нулю може рухатися або в часі, або в просторі. Набуття одиниці негативного* заряду (насправді, позитивного за характером) електроном, який у незарядженому стані має одиницю негативного зміщення, зменшує підсумкове зміщення швидкості до нуля і дозволяє електрону вільно рухатися або в просторі, або в часі.

Створення заряджених електронів у провіднику вимагає лише передачі незарядженому електрону достатньої енергії для приведення існуючої кінетичної енергії частки до еквіваленту одиниці заряду. Якщо електрон проектується в простір, додаткова кількість енергії потрібна для того, щоб відірватися від твердої або рідкої поверхні і подолати тиск навколишнього газу. Заряджені електрони, що мають енергії нижче цього рівня, прикуті до провідника так само, як і незаряджені .

Енергію, необхідну для створення заряду і виходу з провідника, можна повчити багатьма способами, кожен з яких являє собою спосіб створення заряджених електронів, що вільно рухаються. Зручний та широко використовуваний спосіб забезпечує необхідну енергію за допомогою різниці потенціалів. Це збільшує поступальну енергію електронів до того часу, поки вона задовольняє вимогам. У багатьох застосуваннях необхідне збільшення енергії зводиться до мінімуму шляхом проектування знову заряджених електронів у вакуум, а не вимогою подолання тиску газу. Катодні промені, що застосовуються у створенні рентгенівських променів, - це потоки заряджених електронів, спроектованих у вакуум. Використання вакууму також є характеристикою термоелектронного створення заряджених електронів, у яких необхідна енергія вводиться в незаряджені електрони за допомогою тепла. При фотоелектричному створенні енергія поглинається із випромінювання.

Існування електрона як вільно зарядженої одиниці зазвичай короткострокове. Відразу після створення за допомогою однієї передачі енергії та випромінювання в простір, він знову стикається з матерією і входить в іншу передачу енергії, за допомогою якої заряд перетворюється на теплову енергію або випромінювання, а електрон повертається до незарядженого стану. При безпосередньому сусідстві з агентом, що створює заряджені електрони, створення зарядів, і зворотний процес, що перетворює їх в інші види енергії, відбуваються одночасно. Одна з основних причин використання вакууму для створення електронів – мінімізація втрати зарядів при зворотному процесі.

У просторі заряджені електрони можуть спостерігатися, тобто виявлятися різними способами, оскільки завдяки наявності зарядів вони піддаються впливу електричних сил. Це дозволяє контролювати їх рухи, і на відміну від свого невловимого незарядженого двійника, заряджений електрон – це сутність, яку можна маніпулювати для створення різних видів фізичних ефектів.

Ізолювати і досліджувати індивідуальні заряджені електрони в матерії, як ми робимо це в просторі, неможливо, але ми можемо усвідомлювати присутність частинок слідами зарядів, що вільно рухаються, в матеріальних сукупностях. Крім особливих характеристик зарядів, заряджені електрони в матерії мають ті ж властивості, що й незаряджені електрони. Вони легко рухаються у хороших провідниках і важче у поганих. Вони рухаються у відповідь різниця потенціалів. Вони утримуються в ізоляторах – речовинах, які не мають необхідних відкритих вимірів, щоб дозволити вільний рух електронів, і так далі. Діяльність заряджених електронів у сукупності матерії та навколо них відома як статична електрика.

Без електрики неможливо уявити життя сучасної людини. Вольти, Ампери, Ватти – ці слова звучать у розмові про пристрої, які працюють від електрики. Але що це таке електричний струм та які умови його існування? Про це ми розповімо далі, надавши коротке пояснення для електриків-початківців.

Визначення

Електричним струмом є спрямований рух носіїв зарядів – це стандартне формулювання підручника фізики. У свою чергу, носіями заряду називаються певні частинки речовини. Ними можуть бути:

• Електрони – негативні носії заряду.
• Іони – позитивні носії заряду.

Але звідки беруться носії заряду? Для відповіді це питання слід згадати базові знання про будову речовини. Все що нас оточує – речовина, вона складається з молекул, найдрібніших частинок. Молекули складаються з атомів. Атом складається з ядра, довкола якого рухаються електрони на заданих орбітах. Молекули також хаотично рухаються. Рух і структура кожної з цих частинок залежать від самої речовини та впливу на неї навколишнього середовища, наприклад, температури, напруги та іншого.

Іоном називають атом, у якого змінилося співвідношення електронів та протонів. Якщо спочатку атом нейтральний, то іони у свою чергу ділять на:

• Аніони - позитивний іон атома, що втратив електрони.
• Катіони – це атом із «зайвими» електронами, що приєдналися до атома.

Одиниця вимірювання струму – Ампер, згідно з яким він обчислюється за формулою:

де U – напруга, [У], а R – опір, [Ом].

Або прямопропорційний кількості заряду, перенесеному за одиницю часу:

де Q - заряд, [Кл], t - час, [с].

Умови існування електричного струму

Що таке електричний струм ми розібралися, тепер поговоримо про те, як забезпечити його протікання. Для протікання електричного струму необхідно виконання двох умов:

1. Наявність вільних носіїв заряду.
2. Електричне поле.

Перша умова існування та протікання електрики залежить від речовини, в якій протікає (або не протікає) струм, а також його стан. Друга умова також здійсненна: для існування електричного поля обов'язково наявність різних потенціалів, між якими знаходиться середовище, в якому протікатимуть носії заряду.

Нагадаємо:Напруга, ЕРС – це різниця потенціалів. Звідси випливає, що для виконання умов існування струму – наявності електричного поля та електричного струму, потрібна напруга. Це можуть бути обкладки зарядженого конденсатора, гальванічний елемент, ЕРС, що виникло під дією магнітного поля (генератор).

Як він виникає, ми розібралися, поговоримо про те, куди він спрямований. Струм, в основному, у звичному для нас використанні, рухається у провідниках (електропроводка в квартирі, лампочки розжарювання) або напівпровідниках (світлодіоди, процесор вашого смартфона та інша електроніка), рідше в газах (люмінесцентні лампи).

Так ось основними носіями заряду в більшості випадків є електрони, вони рухаються від мінуса (крапки з негативним потенціалом) до плюсу (крапці з позитивним потенціалом, докладніше про це ви дізнаєтеся нижче).

Але цікавим є той факт, що за напрям руху струму було прийнято рух позитивних зарядів – від плюса до мінуса. Хоча фактично все відбувається навпаки. Справа в тому, що рішення про напрям струму було прийнято до вивчення його природи, а також до того, як було визначено за рахунок чого протікає та існує струм.

Електричний струм у різних середовищах

Ми вже згадували у тому, що у різних середовищах електричний струм може відрізнятися на кшталт носіїв заряду. Середовища можна розділити за характером провідності (за зменшенням провідності):

1. Провідник (метали).
2. Напівпровідник (кремній, германій, арсенід галію та ін).
3. Діелектрик (вакуум, повітря, дистильована вода).

У металах

У металах є вільні носії зарядів, їх іноді називають "електричним газом". Звідки беруться вільні носії зарядів? Справа в тому, що метал, як і будь-яка речовина, складається з атомів. Атоми так чи інакше рухаються або вагаються. Чим вище температура металу, тим сильніший цей рух. При цьому самі атоми загалом залишаються на своїх місцях, власне і формуючи структуру металу.

В електронних оболонках атома зазвичай є кілька електронів, у яких зв'язок із ядром досить слабкий. Під впливом температур, хімічних реакцій та взаємодії домішок, які у будь-якому випадку перебувають у металі, електрони відриваються від своїх атомів, утворюються позитивно заряджені іони. Електрони, що відірвалися, називаються вільними і рухаються хаотично.

Якщо на них впливатиме електричне поле, наприклад, якщо підключити до шматка металу батарейку, хаотичний рух електронів стане впорядкованим. Електрони від точки, до якої підключено негативний потенціал (катод гальванічного елемента, наприклад), почнуть рухатися до точки з позитивним потенціалом.

У напівпровідниках

Напівпровідниками є такі матеріали, у яких нормальному стані немає вільних носіїв заряду. Вони перебувають у так званій забороненій зоні. Але якщо докласти зовнішніх сил, таких як електричне поле, тепло, різні випромінювання (світлове, радіаційне тощо), вони долають заборонену зону і переходять у вільну зону або зону провідності. Електрони відриваються від атомів і стають вільними, утворюючи іони – позитивні носії зарядів.

Позитивні носії у напівпровідниках називаються дірками.

Якщо просто передати енергію напівпровіднику, наприклад, нагріти, почнеться хаотичний рух носіїв заряду. Але якщо йдеться про напівпровідникові елементи, типу діода або транзистора, то на протилежних кінцях кристала (ними нанесений металізований шар і припаяні висновки) виникне ЕРС, але це не стосується теми сьогоднішньої статті.

Якщо прикласти джерело ЕРС до напівпровідника, то носії заряду також перейдуть у зону провідності, а також почнеться їх спрямований рух – дірки підуть у бік із меншим електричним потенціалом, а електрони – у бік із більшим.

У вакуумі та газі

Вакуумом називають середовище з повною (ідеальний випадок) відсутністю газів або мінімізованою (насправді) його кількістю. Так як у вакуумі немає ніякої речовини, то й носіям заряду братися нема звідки. Однак протікання струму у вакуумі започаткувало електроніку і цілу епоху електронних елементів – електровакуумних ламп. Їх використовували в першій половині минулого століття, а в 50-х роках вони почали поступово поступатися місцем транзисторам (залежно від конкретної галузі електроніки).

Припустимо, що ми маємо посудину, з якої відкачали весь газ, тобто. у ньому повний вакуум. У посудину поміщено два електроди, назвемо їх анод та катод. Якщо ми підключимо до катода негативний потенціал джерела ЕРС, а до анода позитивний – нічого не станеться і не протікатиме струм. Але якщо ми почнемо нагрівати катод, то струм почне протікати. Цей процес називається термоелектронною емісією – випромінювання електронів із нагрітої поверхні електрона.

На малюнку зображено процес протікання струму у вакуумній лампі. У вакуумних лампах катод нагрівають розташованої поряд ниткою розжарення на рис (Н), типу такий, як у освітлювальній лампі.

При цьому, якщо змінити полярність харчування – на анод подати мінус, а на катод подати плюс – не протікатиме струм. Це доведе, що струм у вакуумі протікає з допомогою руху електронів від КАТОДА до АНОДУ.

Газ також як і будь-яка речовина складається з молекул і атомів, це означає, що якщо газ перебуватиме під впливом електричного поля, то за певної його сили (напруга іонізації) електрони відірвуться від атома, тоді будуть виконані обидві умови протікання електричного струму – поле та вільні носії.

Як було зазначено, цей процес називається іонізацією. Вона може походити не тільки від прикладеної напруги, але і при нагріванні газу, рентгенівському випромінюванні, під впливом ультрафіолету та іншого.

Струм через повітря потече, навіть якщо між електродами встановити пальник.

Протікання струму в інертних газах супроводжується люмінесценцією газу, це активно використовується в люмінесцентних лампах. Перебіг електричного струму в газовому середовищі називається газовим розрядом.

У рідині

Припустимо, що у нас є посудина з водою, в яку вміщено два електроди, до яких підключено джерело живлення. Якщо вода дистильована, тобто чиста і не містить домішок, вона є діелектриком. Але якщо ми додамо у воду трохи солі, сірчаної кислоти чи будь-якої іншої речовини, утвориться електроліт і через нього почне протікати струм.

Електроліт – речовина, що проводить електричний струм унаслідок дисоціації на іони.

Якщо у воду додати мідний купорос, то одному з електродів (катоді) осяде шар міді – це називається електроліз, що доводить що електричний струм рідини здійснюється з допомогою руху іонів – позитивних і негативних носіїв заряду.

Електроліз - фізико-хімічний процес, який полягає у виділенні на електродах компонентів складових електроліт.

Таким чином відбувається зміднення, золочення та покриття іншими металами.

Висновок

Підіб'ємо підсумки, для протікання електричного струму потрібні вільні носії зарядів:

• електрони у провідниках (метали) та вакуумі;
• електрони та дірки у напівпровідниках;
• іони (аніони та катіони) у рідині та газах.

Для того, щоб рух цих носіїв став упорядкованим, потрібне електричне поле. Простими словами - прикласти напругу на кінцях тіла або встановити два електроди в середовищі, де передбачається протікання електричного струму.

Також варто відзначити, що струм належним чином впливає на речовину, розрізняють три типи впливу:

• теплове;
• хімічна;
• фізичне.

Корисне

Спрямований рух заряджених частинок у електричному полі.

Зарядженими частинками можуть бути електрони або іони (заряджені атоми).

Атом, який втратив один або кілька електронів, набуває позитивного заряду. - Аніон (позитивний іон).
Атом, який приєднав один або кілька електронів, набуває негативного заряду. - катіон (негативний іон).
Іони як рухливі заряджені частинки розглядаються в рідинах і газах.

У металах носіями заряду є вільні електрони як негативно заряджені частинки.

У напівпровідниках розглядають рух (переміщення) негативно заряджених електронів від одного атома до іншого і, як результат, переміщення між атомами вакантних місць, що утворилися позитивно заряджених місць - дірок.

За напрямок електричного струмуумовно прийнято напрямок руху позитивних зарядів. Це було встановлено задовго до вивчення електрона і зберігається досі. Також і напруженість електричного поля визначено позитивного пробного заряду.

на будь-який одиничний заряд qв електричному полі напруженістю Eдіє сила F = qEяка переміщує заряд у напрямку вектора цієї сили.

На малюнку показано, що вектор сили F - = -qE, що діє на негативний заряд -q, спрямований у бік протилежний вектору напруженості поля, як добуток вектора Eна негативну величину. Отже, негативно заряджені електрони, які є носіями зарядів у металевих провідниках, насправді мають напрямок руху, протилежний вектору напруженості поля та загальноприйнятому напрямку електричного струму.

Кількість заряду Q= 1 Кулон, переміщений через поперечний переріз провідника за час t= 1 секунда, визначиться величиною струму I= 1 Ампер із співвідношення:

I = Q/t.

Відношення величини струму I= 1 Aмпер у провіднику до площі його поперечного перерізу S= 1 m 2 визначить густину струму j= 1 A/m 2:

Робота A= 1 Джоуль, витрачена на транспортування заряду Q= 1 Кулон з точки 1 до точки 2 визначить значення електричної напруги U= 1 Вольт, як різниця потенціалів φ 1 і φ 2 між цими точками з розрахунку:

U = A/Q = φ 1 - φ 2

Електричний струм може бути постійним чи змінним.

Постійний струм - електричний струм, напрямок та величина якого не змінюються у часі.

Змінний струм - електричний струм, величина та напрямок якого змінюються з часом.

Ще в 1826 році німецький фізик Георг Ом відкрив важливий закон електрики, що визначає кількісну залежність між електричним струмом та властивостями провідника, що характеризують їхню здатність протистояти електричному струму.
Ці властивості згодом стали називати електричним опором, позначати буквою Rі виміряти в Омах на честь першовідкривача.
Закон Ома у сучасній інтерпретації класичним співвідношенням U/R визначає величину електричного струму у провіднику виходячи з напруги Uна кінцях цього провідника та його опору R:

Електричний струм у провідниках

У провідниках є вільні носії зарядів, які під дією сили електричного поля починають рухатися і створюють електричний струм.

У металевих провідниках носіями зарядів є вільні електрони.
З підвищенням температури хаотичний тепловий рух атомів перешкоджає спрямованому руху електронів та опір провідника збільшується.
При охолодженні та прагненні температури до абсолютного нуля, коли припиняється тепловий рух, опір металу прагне нуля.

Електричний струм у рідинах (електролітах) існує як спрямований рух заряджених атомів (іонів), що утворюються у процесі електролітичної дисоціації.
Іони переміщуються у бік електродів, протилежних їм за знаком і нейтралізуються, осідаючи ними. - електроліз.
Аніони – позитивні іони. Переміщаються до негативного електрода – катода.
Катіони – негативні іони. Переміщаються до позитивного електрода – анода.
Закони електролізу Фарадея визначають масу речовини, що виділилася на електродах.
При нагріванні опір електроліту зменшується через збільшення числа молекул, що розклалися на іони.

Електричний струм у газах – плазма. Електричний заряд переноситься позитивними чи негативними іонами та вільними електронами, які утворюються під дією випромінювання.

Існує електричний струм у вакуумі як потік електронів від катода до анода. Використовується в електронно-променевих приладах – лампах.

Електричний струм у напівпровідниках

Напівпровідники займають проміжне положення між провідниками та діелектриками за своїм питомим опором.
Знаковою відмінністю напівпровідників від металів вважатимуться залежність їх питомого опору від температури.
Зі зниженням температури опір металів зменшується, а у напівпровідників, навпаки, зростає.
При прагненні температури до абсолютного нуля метали прагнуть стати надпровідниками, а напівпровідники – ізоляторами.
Справа в тому, що при абсолютному нулі електрони в напівпровідниках будуть зайняті створенням ковалентного зв'язку між атомами кристалічних ґрат і, в ідеалі, вільні електрони будуть відсутні.
При підвищенні температури частина валентних електронів може отримувати енергію, достатню для розриву ковалентних зв'язків і в кристалі з'являться вільні електрони, а в місцях розриву утворюються вакансії, які отримали назву дірок.
Вакантне місце може бути зайняте валентним електроном із сусідньої пари та дірка переміститься на нове місце у кристалі.
При зустрічі вільного електрона з діркою відновлюється електронний зв'язок між атомами напівпровідника і відбувається зворотний процес – рекомбінація.
Електронно-діркові пари можуть з'являтися та рекомбінувати при освітленні напівпровідника за рахунок енергії електромагнітного випромінювання.
У відсутність електричного поля електрони та дірки беруть участь у хаотичному тепловому русі.
В електричне поле в упорядкованому русі беруть участь не тільки вільні електрони, що утворилися, а й дірки, які розглядаються як позитивно заряджені частинки. Струм Iу напівпровіднику складається з електронного I nта діркового I pструмів.

До напівпровідників ставляться такі хімічні елементи, як германій, кремній, селен, телур, миш'як та інших. Найпоширенішим у природі напівпровідником є ​​кремній.

Зауваження та пропозиції приймаються та вітаються!

(електронно-діркова провідність). Іноді електричним струмом називають також струм зміщення, що виникає в результаті зміни в часі електричного поля.

Електричний струм має такі прояви:

Енциклопедичний YouTube

1 / 5

✪ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ сила струму ФІЗИКА 8 клас

✪ Електричний струм

✪ #9 Електричний струм та електрони

✪ Що таке електричний струм [Радіолюбитель TV 2]

✪ ЩО БУДЕ, ЯКЩО ВДАРИТЬ ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМОМ

Субтитри

Класифікація

Якщо заряджені частинки рухаються всередині макроскопічних тіл щодо того чи іншого середовища, то такий струм називають електричним. струм провідності. Якщо рухаються макроскопічні заряджені тіла (наприклад, заряджені краплі дощу), цей струм називають конвекційним .

Розрізняють постійний та змінний електричні струми, а також всілякі різновиди змінного струму. У таких поняттях часто слово "електричний" опускають.

• Постійний струм - Струм, напрям і величина якого не змінюються в часі.

Вихрові струми

Вихрові струми (струми Фуко) - «замкнуті електричні струми в масивному провіднику, які виникають при зміні магнітного потоку, що пронизує його», тому вихрові струми є індукційними струмами. Чим швидше змінюється магнітний потік, тим більше вихрові струми. Вихрові струми не течуть певними шляхами у проводах, а замикаючись у провіднику утворюють вихроподібні контури.

Існування вихрових струмів призводить до скін-ефекту, тобто до того, що змінний електричний струм і магнітний потік поширюються в основному поверхневому шарі провідника. Нагрів вихровими струмами провідників призводить до втрат енергії, особливо в осердях котушок змінного струму. Для зменшення втрат енергії на вихрові струми застосовують розподіл магнітопроводів змінного струму на окремі пластини, ізольовані один від одного і розташовані перпендикулярно до напряму вихрових струмів, що обмежує можливі контури їх шляхів і сильно зменшує величину цих струмів. При дуже високих частотах замість феромагнетиків для магнітопроводів застосовують магнітодіелектрики, в яких через дуже великий опір вихрові струми практично не виникають.

Характеристики

Історично прийнято, що напрямок струмузбігається з напрямом руху позитивних зарядів у провіднику. При цьому якщо єдиними носіями струму є негативно заряджені частинки (наприклад, електрони в металі), то напрям струму протилежно напрямку руху заряджених частинок. .

Дрейфова швидкість електронів

Опір випромінювання викликаний утворенням електромагнітних хвиль навколо провідника. Цей опір знаходиться в складній залежності від форми і розмірів провідника, від довжини хвилі, що випромінюється. Для одиночного прямолінійного провідника, в якому скрізь струм одного напрямку і сили, і довжина яких L значно менше довжини електромагнітної хвилі, що випромінюється ним. λ (\displaystyle \lambda), залежність опору від довжини хвилі та провідника відносно проста:

Найбільш застосовуваному електричному струму зі стандартною частотою 50 Гцвідповідає хвиля довжиною близько 6 тисяч кілометрів, саме тому потужність випромінювання зазвичай нехтує в порівнянні з потужністю теплових втрат. Однак, зі збільшенням частоти струму довжина хвилі, що випромінюється, зменшується, відповідно зростає потужність випромінювання. Провідник, здатний випромінювати помітну енергію, називається антеною.

Частота

Поняття частоти відноситься до змінного струму, що періодично змінює силу та/або напрямок. Сюди відноситься найбільш часто застосовуваний струм, що змінюється за синусоїдальним законом.

p align="justify"> Період змінного струму - найменший проміжок часу (виражений в секундах), через який зміни сили струму (і напруги) повторюються . Кількість періодів, що здійснюється струмом за одиницю часу, називається частота. Частота вимірюється в герцах, один герц (Гц) відповідає одному періоду на секунду.

Струм зміщення

Іноді для зручності вводять поняття струму усунення. У рівняннях Максвелла струм усунення є на рівних правах зі струмом, викликаним рухом зарядів. Інтенсивність магнітного поля залежить від повного електричного струму, що дорівнює сумі струму провідності та струму зміщення. За визначенням, щільність струму зміщення j D → (\displaystyle (\vec (j_(D))))- Векторна величина, пропорційна швидкості зміни електричного поля E → (\displaystyle (\vec (E)))в часі:

Справа в тому, що при зміні електричного поля, так само як і при протіканні струму, відбувається генерація магнітного поля, що робить ці два процеси схожими один на одного. Крім того, зміна електричного поля зазвичай супроводжується перенесенням енергії. Наприклад, при зарядці та розрядці конденсатора , незважаючи на те, що між його обкладками не відбувається руху заряджених частинок, говорять про протікання через нього струму зсуву, що переносить деяку енергію і своєрідним чином замикає електричний ланцюг. Струм зміщення I D (\displaystyle I_(D))у конденсаторі визначається за формулою:

де Q (\displaystyle Q)- заряд на обкладинках конденсатора, U (\displaystyle U)- Різниця/потенціалів між обкладками, C (\displaystyle C)- Місткість конденсатора.

Струм зміщення не є електричним струмом, оскільки не пов'язаний із переміщенням електричного заряду.

Основні типи провідників

На відміну від діелектриків у провідниках є вільні носії некомпенсованих зарядів, які під дією сили, як правило різниці електричних потенціалів, починають рухатися і створюють електричний струм. Вольтамперна характеристика (залежність сили струму від напруги) є найважливішою характеристикою провідника. Для металевих провідників та електролітів вона має найпростіший вигляд: сила струму прямо пропорційна напрузі (закон Ома).

Метали - тут носіями струму є електрони провідності, які прийнято розглядати як електронний газ, який виразно виявляє квантові властивості виродженого газу.

Плазма – іонізований газ. Електричний заряд переноситься іонами (позитивними та негативними) та вільними електронами, які утворюються під дією випромінювання (ультрафіолетового, рентгенівського та інших) та (або) нагрівання.

Електроліти - «рідкі або тверді речовини і системи, в яких присутні в помітній концентрації іони, що зумовлюють проходження електричного струму» . Іони утворюються у процесі електролітичної дисоціації. При нагріванні опір електролітів падає через збільшення числа молекул, що розклалися на іони. Внаслідок проходження струму через електроліт іони підходять до електродів і нейтралізуються, осідаючи на них. Закони електролізу Фарадея визначають масу речовини, що виділилася на електродах.

Існує також електричний струм електронів у вакуумі, який використовується у електронно-променевих приладах.

Електричні струми у природі

Електричний струм використовується як носій сигналів різної складності та видів у різних областях (телефон, радіо, пульт керування, кнопка дверного замка тощо).

У деяких випадках з'являються небажані електричні струми, наприклад блукаючи струми або струм короткого замикання.

Використання електричного струму як носія енергії

• отримання механічної енергії у всіляких електродвигунах,
• отримання теплової енергії в нагрівальних приладах, електропечах, при електрозварюванні,
• отримання світлової енергії в освітлювальних та сигнальних приладах,
• збудження електромагнітних коливань високої частоти, надвисокої частоти та радіохвиль,
• отримання звуку,
• отримання різних речовин шляхом електролізу, заряджання електричних акумуляторів. Тут електромагнітна енергія перетворюється на хімічну,
• створення магнітного поля (в електромагнітах).

Використання електричного струму в медицині

• діагностика - біоструми здорових та хворих органів різні, при цьому буває можливо визначити хворобу, її причини та призначити лікування. Розділ фізіології, що вивчає електричні явища в організмі, називається електрофізіологія.
  • Електроенцефалографія – метод дослідження функціонального стану головного мозку.
  • Електрокардіографія - методика реєстрації та дослідження електричних полів під час роботи серця.
  • Електрогастрографія – метод дослідження моторної діяльності шлунка.
  • Електроміографія – метод дослідження біоелектричних потенціалів, що виникають у скелетних м'язах.
• Лікування та реанімація: електростимуляції певних областей головного мозку; лікування хвороби-Паркінсона та епілепсії, також для електрофорезу. Водій-ритму, що стимулює серцевий м'яз імпульсним струмом, використовують при брадикардії та інших серцевих-аритміях.

Електробезпека

Включає правові, соціально-економічні, організаційно-технічні, санітарно-гігієнічні, лікувально-профілактичні, реабілітаційні та інші заходи. Правила електробезпеки регламентуються правовими та технічними документами, нормативно-технічною базою. Знання основ електробезпеки є обов'язковим для персоналу, що обслуговує електроустановки та електрообладнання. Тіло людини є провідником електричного струму. Опір людини при сухій та непошкодженій шкірі коливається від 3 до 100 кОм.

Струм, пропущений через організм людини або тварини, робить такі дії:

• термічне (опіки, нагрівання та пошкодження кровоносних судин);
• електролітичне (розкладання крові, порушення фізико-хімічного складу);
• біологічне (подразнення та збудження тканин організму, судоми)
• механічне (розрив кровоносних судин під дією тиску пари, отриманого нагріванням струмом крові)

Основним фактором, що зумовлює результат ураження струмом, є величина струму, що проходить через тіло людини. За технікою безпеки електричний струм класифікується наступним чином:

• безпечнимвважається струм, тривале проходження якого через організм людини не завдає йому шкоди і не викликає жодних відчуттів, його величина не перевищує 50 мкА (змінний струм 50 Гц) та 100 мкА постійного струму;
• мінімально відчутнийлюдиною змінний струм становить близько 0,6-1,5 мА (змінний струм 50 Гц) та 5-7 мА постійного струму;
• пороговим невідпускнимназивається мінімальний струм такої сили, за якої людина вже нездатна зусиллям волі відірвати руки від струмовідної частини. Для змінного струму це близько 10-15 мА, для постійного - 50-80 мА;
• фібриляційним порогомназивається сила змінного струму (50 Гц) близько 100 мА і 300 мА постійного струму, вплив якого довше 0,5 с з великою ймовірністю викликає фібриляцію серцевих м'язів. Цей поріг водночас вважається умовно смертельним для людини.

У Росії, відповідно до Правил технічної експлуатації електроустановок споживачів та Правил з охорони праці при експлуатації електроустановок, встановлено 5 кваліфікаційних груп з електробезпеки в залежності від кваліфікації та стажу працівника та напруги електроустановок.

Сьогодні важко уявити життя без такого явища, як електрика, адже використовувати його у своїх цілях людство навчилося не так уже й давно. Вивчення сутності та характеристик цього особливого виду матерії зайняло кілька століть, проте й нині не можна впевнено сказати, що ми знаємо про нього абсолютно все.

Поняття та сутність електричного струму

Електричний струм, як відомо ще зі шкільного курсу фізики, є не що інше, як упорядкований рух будь-яких заряджених частинок. Як останні можуть виступати як негативно заряджені електрони, так і іони. Вважається, що цей вид матерії може виникнути тільки в так званих провідниках, проте це не так. Справа в тому, що при дотику будь-яких тіл завжди виникає певна кількість протилежно заряджених частинок, які можуть почати пересуватися. У діелектриках вільне пересування тих самих електронів дуже важко і вимагає величезних зовнішніх зусиль, тому й кажуть, що вони електричний струм не проводять.

Умови існування струму в ланцюзі

Вчені вже давно помітили, що це фізичне явище неспроможна виникнути і тривалий час утримуватися саме собою. Умови існування електричного струму включають кілька найважливіших положень. По-перше, це явище неможливе без наявності вільних електронів та іонів, які виконують роль передавачів зарядів. По-друге, щоб ці елементарні частинки почали впорядковано рухатися, необхідно створити поле, основною ознакою якого є різниця потенціалів між точками електрика. Нарешті, по-третє, електричний струм неспроможна існувати тривалий час лише під впливом кулонівських сил, оскільки поступово потенціали вирівнюватимуть. Саме тому необхідні певні компоненти, які є перетворювачами різних видів механічної та теплової енергії. Їх прийнято називати джерелами струму.

Питання про джерела струму

Джерела електричного струму є спеціальні пристрої, які генерують електричне поле. До найважливіших можна віднести гальванічні елементи, сонячні батареї, генератори, акумулятори. характеризуються своєю потужністю, продуктивністю та тривалістю роботи.

Сила струму, напруга, опір

Як і будь-яке інше фізичне явище, електричний струм має низку характеристик. До найважливіших їх належить його сила, напруга ланцюга і опір. Перша з них є кількісною характеристикою заряду, який проходить через переріз того чи іншого провідника в одиницю часу. Напруга (називається також електрорушійною силою) є не що інше, як величина різниці потенціалів, за рахунок якої заряд, що проходить, здійснює певну роботу. Нарешті, опір - це внутрішня характеристика провідника, що показує, яку силу має витратити заряд проходження ним.