Как се движеат електричната струја и електроните во жички кабели и метали?

Поместувањето на струјата во жици, кабли и метали е основен физички феномен кој вклучува движење на електрони и својства на проводни материјали. Еве детално објаснување за овој процес:

1. Концептот на слободни електрони

Во метали и проводни материјали постои голем број на слободни електрони. Овие слободни електрони не се врзани со атомски јадра и можат да се движеат слободно во материјалот. Присуството на слободни електрони е основниот причин за тоа што металите се добри проводници на електрична енергија.

2. Ефектот на екстерното електрично поле

Кога се приложи напон (тоест, екстерно електрично поле) над проводен материјал, слободните електрони се под влијание на електричното поле и започнуваат да се движеат насочено. Насоката на електричното поле одредува насоката на движење на електроните. Обично, електричното поле сочи од позитивниот терминал кон негативниот терминал, а електроните се движеат во спротивна насока, од негативниот терминал кон позитивниот терминал.

3. Насочено движење на електрони

Под влијание на електричното поле, слободните електрони започнуваат да се движеат насочено, формирајќи струја. Насоката на струјата е дефинирана како насока на движење на позитивниот пол, што е спротивно на фактичната насока на движење на електроните. Значи, кога велиме дека струјата тече од позитивно кон негативно, тоа значи дека електроните се движеат од негативно кон позитивно.

4. Интеракција со решетката

Повремено, во време на своето движење, слободните електрони се сударуваат со решетката (атомска распоредба) на материјалот. Овие судари ги разсипуваат електроните, менувајќи им насоката на движење и намалувајќи ги нивната просечна брзина. Овој ефект на разсипување е еден од изворите на отпор.

5. Густина на струјата

Густината на струјата (J) е струјата по единична пресечна плошчад и може да се изрази со формулата:

J = I/A

каде што I е струјата, а A е пресечната плошчад на проводника.

6. Охмов закон

Охмовиот закон опишува врската помеѓу струјата, напонот и отпорот:

V = IR

каде што V е напонот, I е струјата, а R е отпорот.

7. Својства на проводни материјали

Различни проводни материјали имаат различни проводни својства, кои зависат од нивната електронска структура и решетка. На пример, месингот и среброто се одлични проводници бидејќи имаат голем број на слободни електрони и ниска резистивност.

8. Ефектот на температурата

Температурата има значаен утврд на проводливоста. Обично, кога температурата се зголемува, вибрациите на решетката во материјалот се интензификуваат, зголемувајќи ги фреквенциите на сударите меѓу електроните и решетката, што доведува до повисок отпор. Затоа отпорот на проводниците се зголемува при повисоки температури.

9. Суперпроводност

Под одредени специфични услови, некои материјали можат да влезат во состојба на суперпроводност, каде што отпорот пада на нула, дозволувајќи на струјата да тече без никакви губитоци. Суперпроводноста обично се случува при многу ниски температури, но последните истражувања открија некои материјали со суперпроводност при повисоки температури.

Сумирајќи

Поместувањето на струјата во жици, кабли и метали е под влијание на насочено движење на слободни електрони под влијание на екстерно електрично поле. Интеракциите на електроните со решетката на материјалот каузираат отпор. Својствата на проводни материјали, температурата и други фактори сите влијаат на ефикасноста на трансмисијата на струјата. Разбирањето на овие основни принципи помогнува во подобар дизајн и применување на проводни материјали и кола.