وأي شخص يفهم الفيزياء سيقول أن سرعة التيار الكهربائي تساوي سرعة الضوء وهي 300 ألف كيلومتر في الثانية. من ناحية، فهو على حق بنسبة 100٪، ولكن هناك فروق دقيقة.

مع الضوء، كل شيء بسيط وشفاف: سرعة طيران الفوتون تساوي سرعة انتشار شعاع الضوء. مع الإلكترونات يكون الأمر أكثر صعوبة. يختلف التيار الكهربائي كثيرًا عن الإشعاع المرئي.

لماذا يُعتقد أن سرعة الفوتونات في الفراغ وسرعة الإلكترونات في الموصل متساوية؟ ويستند البيان على النتائج الفعلية. في عام 1888، أثبت العالم الألماني هاينريش هيرتز تجريبيًا أن الموجة الكهرومغناطيسية تنتقل في الفراغ بسرعة الضوء. لكن هل يمكننا القول أن الإلكترونات الموجودة في الموصل تطير بسرعة الضوء؟ نحن بحاجة إلى فهم طبيعة الكهرباء.

ما هو التيار الكهربائي؟

من المعروف من مقرر الفيزياء المدرسية أن الكهرباء عبارة عن تدفق من الإلكترونات تتحرك بطريقة منظمة في موصل. في حين لا يوجد مصدر للكهرباء، تتحرك الإلكترونات بشكل عشوائي في الموصل، في اتجاهات مختلفة. إذا قمت بجمع مسارات جميع الجسيمات المشحونة، فستحصل على صفر. ولذلك فإن قطعة المعدن لا تسبب صدمة كهربائية.

إذا تم توصيل جسم معدني بدائرة كهربائية، فإن جميع الإلكترونات الموجودة فيه سوف تصطف في سلسلة وتتدفق من قطب إلى آخر. ما مدى سرعة حدوث التبسيط؟ بسرعة الضوء في الفراغ . لكن هذا لا يعني أن الإلكترونات انتقلت من قطب إلى آخر بالسرعة نفسها. إنه وهم. كل ما في الأمر أن الناس معتادون على فكرة أن الكهرباء تنتقل بسرعة الضوء لدرجة أنهم لا يفكرون كثيرًا في التفاصيل.

المفاهيم الخاطئة الشائعة حول سرعة الضوء

مثال آخر على هذا التصور السطحي هو مفهوم طبيعة البرق. كم من الناس يفكرون في العمليات الفيزيائية التي تحدث أثناء العاصفة الرعدية؟ على سبيل المثال، ما هي سرعة البرق؟ هل من الممكن معرفة ارتفاع الصواعق بدون أدوات؟ دعونا نتعامل مع كل هذا بالترتيب.

قد يقول قائل إن البرق يضرب بسرعة الضوء، وهو مخطئ. ينتشر الوميض الناتج عن تفريغ كهربائي ضخم في الغلاف الجوي بسرعة كبيرة، لكن البرق نفسه أبطأ بكثير. صاعقة البرق ليست شعاعًا ضوئيًا يشبه الليزر، على الرغم من أنها متشابهة بصريًا. هذا هيكل معقد في جو مشبع بالكهرباء.

يتم تشكيل القائد المتدرج أو قناة البرق الرئيسية على عدة مراحل. وتتشكل كل خطوة، يبلغ طولها عشرات الأمتار، بسرعة حوالي 100 كيلومتر في الثانية على طول خيوط تفريغ الجسيمات المتأينة. يتغير الاتجاه في كل مرحلة، فيبدو البرق وكأنه خط متعرج. وسرعة 100 كيلومتر في الثانية هي سرعة كبيرة، ولكنها بعيدة جدًا عن سرعة الموجة الكهرومغناطيسية. ثلاثة آلاف مرة.

أيهما أسرع: البرق أم الرعد؟

سؤال الأطفال هذا له إجابة بسيطة - البرق. ومن المعروف من مقرر الفيزياء بالمدرسة نفسها أن سرعة الصوت في الهواء تبلغ حوالي 331 م/ث. ما يقرب من مليون مرة أبطأ من الموجة الكهرومغناطيسية. بمعرفة ذلك، من السهل أن نفهم كيفية حساب المسافة إلى البرق.

يصل إلينا ضوء الفلاش في لحظة تفريغه، لكن الصوت ينتقل لفترة أطول. ويكفي اكتشاف الفاصل الزمني بين الوميض والرعد. الآن نقوم ببساطة بحساب المسافة التي ضربها البرق منا، باستخدام صيغة بسيطة:

ل = ت × 331

حيث T هو الوقت من الوميض إلى الرعد، وL هي المسافة منا إلى البرق بالأمتار.

على سبيل المثال، ضرب الرعد بعد 7.2 ثانية من الوميض. 331 × 7.2 = 2383. اتضح أن البرق ضرب على ارتفاع 2 كيلومتر 383 مترًا.

سرعة الموجة الكهرومغناطيسية ليست سرعة التيار

الآن دعونا نكون أكثر انتباهاً للأرقام والمصطلحات. باستخدام مثال البرق، كنا مقتنعين بأن الافتراض الصغير غير الصحيح يمكن أن يؤدي إلى أخطاء كبيرة. ومن المعلوم بدقة أن سرعة انتشار الموجة الكهرومغناطيسية هي 300 ألف كيلومتر في الثانية. ومع ذلك، هذا لا يعني أن الإلكترونات الموجودة في الموصل تتحرك بنفس السرعة.

لنتخيل أن فريقين يتنافسان لمعرفة من يستطيع نقل الكرة من أحد أطراف الملعب إلى الطرف الآخر بشكل أسرع. الشرط الأساسي هو أن يتخذ كل عضو في الفريق عدة خطوات والكرة في يديه. فريق واحد لديه خمسة أشخاص، والآخر لديه واحد. خمسة منهم، مصطفون في سلسلة، سوف يلعبون تمريرة، كل منهم يأخذ بضع خطوات في الاتجاه من البداية إلى النهاية. يجب على شخص واحد أن يركض المسافة بأكملها. من الواضح أن خمسة أشخاص سيفوزون، لأن الكرة تطير بسرعة أكبر من قدرة الشخص على الركض.

إنه نفس الشيء مع الكهرباء. "تجري" الإلكترونات ببطء (يتم حساب سرعة الجسيمات الأولية الخاصة بها في التدفق الموجه بالملليمتر في الثانية)، لكنها تنقل "كرة" الشحنة إلى بعضها البعض بسرعة كبيرة. في حالة عدم وجود فرق محتمل في الأطراف المقابلة للموصل، تتحرك جميع الإلكترونات بشكل عشوائي. هذه هي الحركة الحرارية الموجودة في كل مادة.

إذا تحركت الإلكترونات في الأسلاك بسرعة الضوء

لنتخيل أن سرعة الإلكترونات في الموصل لا تزال قريبة من سرعة الضوء. وفي هذه الحالة ستكون الطاقة الحديثة مستحيلة بالشكل الذي اعتدنا عليه. إذا تحركت الإلكترونات على طول الأسلاك، وتطير بسرعة 300 ألف كيلومتر في الثانية، فلا بد من حل مشاكل تقنية معقدة للغاية.

المشكلة الأكثر وضوحًا: بهذه السرعة، لن تتمكن الإلكترونات من متابعة دورات الأسلاك. بعد التسارع في مقطع مستقيم، ستطير الجزيئات المشحونة بشكل عرضي، مثل السيارات التي لا تتناسب مع المنعطف. لإبقاء الإلكترونات تطير بسرعات كونية داخل طرق الطاقة السريعة، يجب أن تكون الأسلاك مجهزة بمصائد كهرومغناطيسية. سيصبح كل قسم من الأسلاك مثل جزء من مصادم الهادرونات.

ولحسن الحظ، تتحرك الجسيمات الأولية بشكل أبطأ بكثير، كما أن أسلاك الألمنيوم العارية المستخدمة في خطوط الكهرباء مناسبة تمامًا لنقل الطاقة لمسافات طويلة

نأمل بعد قراءة هذه المراجعة أن تجد إجابة السؤال لماذا لا يتدفق التيار عبر الكابلات بسرعة الضوء وتذكرت شيئًا من دورة الفيزياء المدرسية ، وهذا كما ترى مفيد للغاية في أي عمر.

دعونا نتخيل دائرة تيار طويلة جدًا، على سبيل المثال خط تلغراف بين مدينتين يفصل بينهما مسافة 1000 كيلومتر على سبيل المثال. وتظهر التجارب الدقيقة أن تأثيرات التيار في المدينة الثانية ستبدأ في الظهور، أي أن الإلكترونات الموجودة في الموصلات الموجودة هناك ستبدأ في التحرك، بعد ثوانٍ تقريبًا من بدء حركتها على طول الأسلاك في المدينة الأولى. كثيرًا ما يقال، ليس بشكل صارم جدًا، ولكن بشكل واضح جدًا، أن التيار ينتقل عبر الأسلاك بسرعة 300000 كم/ثانية.

ولكن هذا لا يعني أن حركة حاملات الشحنة في الموصل تحدث بهذه السرعة الهائلة، بحيث أن الإلكترون أو الأيون الذي كان في مثالنا في المدينة الأولى سيصل إلى الثانية في ثوان. مُطْلَقاً. تحدث حركة الناقلات في الموصل دائمًا ببطء شديد، بسرعة عدة ملليمترات في الثانية، وغالبًا ما تكون أقل. ولذلك نرى أننا بحاجة إلى التمييز بعناية وعدم الخلط بين مفهومي "السرعة الحالية" و"سرعة حاملات الشحنة".

لفهم ما نعنيه فعلياً عندما نتحدث عن "السرعة الحالية"، دعونا نعود مرة أخرى إلى تجربة الشحن والتفريغ الدوريين للمكثف، كما هو موضح في الشكل. 70، ولكن دعونا نتخيل أن الأسلاك الموجودة على الجانب الأيمن من هذا الشكل، والتي يتم من خلالها تفريغ المكثف، طويلة جدًا، بحيث يكون المصباح الكهربائي أو جهاز كشف التيار، على سبيل المثال، على بعد ألف كيلومتر من المكثف . وفي اللحظة التي ندير فيها المفتاح إلى اليمين، تبدأ حركة الإلكترونات في أقسام الأسلاك المجاورة للمكثف. تبدأ الإلكترونات بالاستنزاف من اللوحة السالبة؛ في الوقت نفسه، بسبب الحث، يجب أن تنخفض الشحنة الموجبة على اللوحة أيضًا، أي يجب أن تتدفق الإلكترونات إلى اللوحة من الأجزاء المجاورة للسلك: تبدأ الشحنة الموجودة على الصفائح والفرق المحتمل بينهما في الانخفاض.

لكن حركة الإلكترونات التي تحدث في أقسام الأسلاك المجاورة مباشرة لألواح المكثف تؤدي إلى ظهور إلكترونات إضافية (في المنطقة المحيطة) أو إلى نقصان عددها (في المنطقة المحيطة). تؤدي عملية إعادة توزيع الإلكترونات هذه إلى تغيير المجال الكهربائي في الأجزاء المجاورة من الدائرة، وتبدأ حركة الإلكترونات هناك أيضًا. تلتقط هذه العملية المزيد والمزيد من الأقسام الجديدة للدائرة، وعندما تبدأ حركة الإلكترونات أخيرًا في شعر المصباح الكهربائي البعيد، فسوف تتجلى في خيوط الشعر (الفلاش). من الواضح أن ظواهر مماثلة تمامًا تحدث عند تشغيل أي مولد حالي.

وهكذا فإن حركة الشحنات التي تبدأ في مكان واحد نتيجة لتغير المجال الكهربائي تنتشر في كامل الدائرة. تنجذب ناقلات الشحنات البعيدة بشكل متزايد إلى هذه الحركة واحدة تلو الأخرى، ويحدث نقل الحركة من شحنة إلى أخرى بسرعة هائلة (حوالي 300000 كم/ثانية). بمعنى آخر يمكننا القول أن الفعل الكهربي ينتقل من نقطة في الدائرة إلى أخرى بهذه السرعة، أو أن التغير في المجال الكهربي الذي يحدث عند نقطة ما في الدائرة ينتشر على طول الأسلاك بهذه السرعة.

وبالتالي فإن السرعة التي نسميها باختصار "السرعة الحالية" هي سرعة انتشار التغيرات في المجال الكهربائي على طول الموصل، وليس على الإطلاق سرعة حركة حاملات الشحنة فيه.

دعونا نفسر هذا من خلال القياس الميكانيكي. لنتخيل أن مدينتين متصلتين بخط أنابيب نفط، وفي إحدى هذه المدن بدأت مضخة في العمل، مما أدى إلى زيادة ضغط النفط في ذلك المكان. سوف ينتشر هذا الضغط المتزايد عبر السائل الموجود في الأنبوب بسرعة عالية - حوالي كيلومتر في الثانية. وبالتالي، في الثانية، ستبدأ الجزيئات في التحرك على مسافة، على سبيل المثال، 1 كم من المضخة، بعد ثانيتين - على مسافة 2 كم، في دقيقة واحدة - على مسافة 60 كم، وما إلى ذلك بعد حوالي وبعد ربع ساعة سيبدأ النفط بالتدفق من الأنبوب في المدينة الثانية. لكن حركة جزيئات الزيت نفسها تحدث بشكل أبطأ بكثير، وقد تمر عدة أيام قبل أن تصل أي جزيئات زيتية محددة من المدينة الأولى إلى الثانية. وبالعودة إلى التيار الكهربائي، لا بد أن نقول إن «سرعة التيار» (سرعة انتشار المجال الكهربائي) تماثل سرعة انتشار الضغط عبر خط أنابيب النفط، و«سرعة الناقلات» تماثل سرعة حركة جزيئات الزيت نفسه.

ما هي سرعة التيار في الموصل؟

سؤال تافه، إن لم يكن بلاغيًا، أليس كذلك؟ لقد درسنا جميعًا الفيزياء في المدرسة ونتذكر جيدًا أن سرعة التيار الكهربائي في الموصل تساوي سرعة انتشار مقدمة الموجة الكهرومغناطيسية، أي تساوي سرعة الضوء. لكن في نفس دروس الفيزياء، عرضت علينا مجموعة من التجارب المثيرة للاهتمام حيث يمكننا رؤيتها بأنفسنا. دعونا نتذكر على الأقل التجارب الرائعة التي تم إجراؤها باستخدام آلة الكهربي والإيبونيت والمغناطيس الدائم وما إلى ذلك. لكن تجارب قياس سرعة التيار الكهربائي لم تظهر حتى في الجامعة، بسبب نقص المعدات اللازمة وتعقيد هذه التجارب. على مدى العقود القليلة الماضية، حققت العلوم التطبيقية قفزة هائلة إلى الأمام، والآن أصبح لدى العديد من الهواة في المنزل معدات لم تكن تحلم بها حتى المختبرات العلمية قبل بضعة عقود. لذلك، حان الوقت للبدء في إظهار الخبرة في قياس سرعة التيار الكهربائي، بحيث يتم إغلاق السؤال نهائيًا في أفضل تقاليد الفيزياء. أي ليس على مستوى رياضيات الفرضيات والمسلمات، بل على مستوى التجارب والتجارب البسيطة المفهومة للجميع.
إن جوهر تجربة قياس سرعة التيار الكهربائي بسيط إلى درجة العار. لنأخذ سلكًا بطول معين ، في حالتنا 40 مترًا ، ونقوم بتوصيل مولد إشارة عالي التردد به ومنظار ذبذبات ثنائي الشعاع ، شعاع واحد على التوالي إلى بداية السلك والآخر حتى نهايته. هذا كل شئ. الوقت الذي يستغرقه التيار الكهربائي للانتقال عبر سلك طوله 40 مترًا هو حوالي 160 نانو ثانية. في هذا الوقت يجب أن نرى تحولًا في راسم الذبذبات بين الشعاعين. دعونا نرى الآن ما نراه في الممارسة العملية

- هي وحدة قوة المجال الكهربائي للموصل (كم التوتر)، والتي في جوهرها الفيزيائي هي نسبة القوة الطولية للإلكترينو إلى شحنته.

- الثابت الجيرومغناطيسي للالكترينو.

وتختلف عن سرعة الضوء بنسبة 3.40299% فقط، ولكنها مختلفة. بالنسبة لتكنولوجيا القرن الماضي، كان هذا الاختلاف بعيد المنال، لذلك تم اعتماده باعتباره الثابت الكهروديناميكي. ومع ذلك، بعد 4 سنوات من نشر مقالته الشهيرة عن الديناميكا الكهربائية، في عام 1868، شكك ج. ماكسويل في ذلك وبمشاركة مساعده هوكين، أعاد قياس أهميته. النتيجة، التي تختلف عن الثابت الكهروديناميكي الحقيقي بنسبة 0.66885% فقط، ظلت غير مفهومة لأحد، بما في ذلك المؤلف نفسه.

تقع مدارات الإلكترينو في المقطع العرضي لمحور الموصل واحدة فوق الأخرى، وتشكل حزمة من الدوامة الإلكترونية أو دوامة إلكترونية واحدة. تتحرك الإلكترونات الخارجية والداخلية في المكدس بنفس السرعة الطولية.

كل جسيم يطور التوتر.

(هو الثابت الكهربائي)، ومجموعها في الحزمة هو جهد الخط. التدفق المغناطيسي الكمي هو نسبة جهد إلكترينو واحد إلى تردده الدائري

ومن هنا جهد الخط.

التدفق المغناطيسي للموصل.

- كم إزاحة الجهد الطولي.

الحث المغناطيسي هو كثافة التدفق المغناطيسي المتعلقة بالمقطع العرضي للمسار الأولي للدوامة

– خطوة دوامة. المسافة بين الحزم. المسافة بين المدارات - أي المسافة بين الجزيئات - إليكترينو.

الحد الأقصى للحث - مع إلكترينو مضغوط بإحكام، عندما - قطر الإلكترينو،

لا يمكن تحقيقه أبدًا من الناحية الفنية، ولكنه معيار مرجعي لـ Tokamak، على سبيل المثال. يتم تفسير عدم إمكانية الوصول إلى التنافر المتبادل القوي بين الإلكترينات عند اقترابها: على سبيل المثال، عند الضغط الميكانيكي في التدفق المغناطيسي سيكون، حيث من المستحيل حاليًا ضغط التدفق المغناطيسي.

شدة المجال المغناطيسي هي نسبة تيار الحلقة إلى المسافة بين المدارات في الحزمة.

إذا كان هو تردد مرور الإلكترون على طول موصل عبر مقطع عرضي معين عند وحدة تيار، إذن. وسيكون عدد جسيمات الإلكترينو المأخوذة في وحدة الزمن (ثابت فرانكلين). ثم: يتم تحديد وحدة التيار الداخل عن طريق النقل التدريجي لمجموعة الإلكترينو المساوية لرقم فرانكلين. وأيضًا: وحدة كمية الكهرباء الداخلة يتم تحديدها عن طريق النقل التدريجي لمجموعة الإلكترينو المساوية لرقم فرانكلين.

إذا كان التيار يتدفق عبر موصلات متوازية في نفس الاتجاه، فإن مجالات الدوامة الخارجية لنظام مكون من موصلين تندمج، لتشكل دوامة مشتركة تغلف كلا الموصلين، وبين الموصلات، بسبب الاتجاه المعاكس للدوامات، كثافة التدفق المغناطيسي النقصان، مما تسبب في انخفاض في الجهد المجال الإيجابي. نتيجة فرق الجهد هو تقارب الموصلات. مع التيار المضاد، تزداد كثافة التدفق المغناطيسي والتوتر بين الموصلات، ويتنافران بشكل متبادل، ولكن ليس من بعضهما البعض، ولكن من مساحة الموصلات البينية، وهي أكثر تشبعًا بطاقة حقول الدوامة.

بالنسبة للتيار، فإن الدور الرائد في الموصلات ينتمي إلى ذرات الطبقة السطحية. النظر في موصل الألومنيوم. ميزته هي فيلم أكسيد. يعتبر كل من الفيزيائيين والكيميائيين أن هذا الجزيء محايد كهربائيًا على أساس أن ذرات الألومنيوم والأكسجين تعوض بعضها البعض عن تكافؤ بعضها البعض. إذا كان الأمر كذلك، فإن الألومنيوم لا يستطيع توصيل الكهرباء، لكنه يوصل، ويوصل بشكل جيد، مما يعني أنه يحتوي على شحنة سالبة زائدة.

يظهر التحليل أن الذرة تحتوي على إلكترون واحد زائد مع نقص الإلكترينو، مما يعطيها شحنة زائدة كبيرة ذات إشارة سالبة:

أين هو العدد المفقود من الإلكترينات في ذرة الألومنيوم؟

- الكتلة الذرية،

العدد الذري للألمنيوم.

يحتوي كل جزيئين على 3 إلكترونات رابطة.

يمكن اعتبار نصف القطر السفلي للجزء فائق التوصيل من الدوامة مساويًا لنصف المسافة بين الذرية - فترة الشبكة للمادة الموصلة للكهرباء:

(- كتلة الذرة؛ - كثافتها).

يتم تحديد التردد الدائري للدوامة أيضًا من خلال:

هنا: – السرعة القطاعية لـ ;

- نصف قطر الموصل؛

- ثابت الكهرباء الساكنة.

دعونا نكتب بشكل مشابه لقانون أوم.

يمكن أن نرى أن هناك سكان مدار واحد به جزيئات - إليكترينو، تتبعه في آثار؛

دعونا نوضح حساب المعلمات لموصل الألومنيوم (نصف القطر) مع تيار ثابت عند الجهد.

السرعة القطاعية

التردد الدائري للدوامة ()

التردد الطولي للالكترينو

الجهد الذي تم تطويره بواسطة مسار كهربائي واحد:

الملعب حزمة دوامة

التيار الدائري لحزمة إليكترينو واحدة

العدد الإجمالي للإلكترونيات في حزمة دوامة

سكان المدار بالجزيئات – إليكترينو

عدد مدارات الحزمة الدوامية

جهد الخط الذي تم تطويره بواسطة حزمة واحدة – عنصر دوامة:

الخط الحالي

قوة الخط

سمك دوامة

نصف القطر الخارجي للدوامة

المكون الطولي للمجال المغناطيسي للموصل

تحريض الخط

أين هو الثابت المغناطيسي؟

- النفاذية المغناطيسية النسبية.

المكون الطبيعي للمجال المغناطيسي الدوامة للموصل:

كما يمكن أن نرى، فإن التيار الكهربائي والمجال المغناطيسي هما من خواص المجال الكهربائي الدوامي.

بداية تدمير خط نقل الطاقة الكهربائية هو ظهور وهج الإكليل. مع اقتراب الضغط الميكانيكي للدوامة من قيمة معامل يونغ للموصل، يزداد اتساع اهتزاز الذرات الخارجية إلى قيمة حرجة، عند الوصول إلى الإلكترونات الزائدة التي تبدأ في إطلاقها منها، والتي تتحول على الفور إلى مولدات إلكترون وابدأ ملف PDF، مصحوبًا بانبعاث الضوء في المنطقة المرئية من الطيف. يعتمد توهج الهالة للموصل وتوهج فتيل المصباح المتوهج على نفس الظاهرة - PDF، الناتجة عن التفاعل التصادمي للدوامة مع ذرات الفتيل والموصل.

يتم تحديد مقاومة الموصل من خلال معلماته: فترة الشبكة وقطر الكرية:

عرض القناة بين الذرية.

يتم تأكيد ذلك من خلال عملية حسابية تعتمد على صورة الذهب، والتي تتطابق مع القيمة الفعلية. يتبدد بعض الإلكترينو أثناء الاصطدام مع ذرات الموصل، مما يحدد كفاءة خط الكهرباء. الكفاءة تتناسب مع درجة الحرارة: .

وقد تم تحقيق ذلك بالفعل من خلال الموصلية الفائقة، ولكن لا يمكن أن تحدث الموصلية الفائقة الكاملة بسبب تشتت الإلكترينو. يتم تفسير الموصلية الفائقة من خلال الانخفاض المفاجئ في اهتزاز الذرات عند نقطة الصفر (بعامل 85 ل) وإعادة هيكلة الشبكة البلورية (تزداد القناة بين الذرات بعامل 4)، وبالتالي تنخفض المقاومة بمقدار 5 أوامر من ضخامة. يتم تفسير تيار الموصلية الفائقة المستمر بواسطة المجال المغناطيسي للأرض. وبما أن المقاومة لا تزال أكبر من الصفر، فإن التيار يضمحل بدون المجال المغناطيسي للأرض.

أحد الأمثلة الغريبة إلى حد ما للتيار الكهربائي هو إشعاع الليزر، على الرغم من أن إشعاعه يعتبر بصريًا. على سبيل المثال، في ليزر النيوديميوم مع طاقة النبض ومدته، يكون طول النبضة ;

عدد الحزم الدوامة لكل دفعة؛

عدد مدارات الحزمة الدوامية؛

شعاع المقاومة الهيكلية.

عدد سكان مدار واحد (~ 3 أوامر من حيث الحجم أكثر من ). وقد أجريت هذه الحسابات وفق النظرية الجديدة دون تعارض مع الحقائق. ماذا يحدث في الليزر؟

تنعكس الأشعة الضوئية الموجودة في العنصر النشط عدة مرات، مما يؤدي إلى التدمير الكامل لشعاع الضوء الأبيض. ويتكون عدد كبير من الإلكترينات التي دخلت الشعاع بالفوتونات. في الوقت نفسه، يشكل جزء من الحقول المحورية للأشعة الأولية، بعد انعكاسات متعددة أيضًا، مجالًا محوريًا مشتركًا للمرنان، ومن خلال مرآة الخرج، يذهب إلى الفضاء بسرعة لا نهائية. يندفع الإلكترينوس الحر نحو المجال السلبي المحوري. في البداية يتحركون بشكل عشوائي حول المجال المحوري؛ ثم يكتسبون الدوران في اتجاه واحد، وتتشكل دوامة عادية. يتم تأكيد حقيقة إضافة وحدات المجالات الكهربائية التي تحمل الاسم نفسه من خلال الشحن الإجمالي للمجال المحوري لليزر في هذا التثبيت. كما ترون بالفعل، فإن إشعاع الليزر هو تيار كهربائي من خلال موصل فائق مثالي - شعاع الإلكترون. ولكن هناك العديد من الأمثلة التي تميز شعاع الليزر عن شعاع الضوء. وبالتالي، فإن سرعة انتشار شعاع الليزر على طول دليل الضوء هي دالة عكسية للتردد، أي أن شعاع التردد العالي على طول دليل الضوء ينتشر بسرعة أقل من التردد المنخفض؛ بالنسبة للضوء الطبيعي يتم عكس الصورة.

يتم تعديل شعاع الليزر بسهولة، مثل تيار السلك؛ ضوء - لا. ينتقل شعاع الليزر بسرعة التيار الكهربائي؛ الضوء بسرعته الخاصة (الأرجواني).

لن تكون كفاءة الليزر التقليدي عالية أبدًا بسبب العملية متعددة المراحل والخسائر: تحتاج أولاً إلى إنتاج الضوء، ثم تدميره، ثم جمع مجال إلكتروني محوري من الحطام وربط الفوتونات المتبقية عليه. يُقترح نقل التيار الكهربائي من موصل معدني مباشرةً إلى موصل فائق التوصيل - وهو مجال إلكتروني محوري تم إنشاؤه بواسطة جهاز ما، على سبيل المثال، المغنطرون. ثم ستكون كفاءة الليزر 90٪ على الأقل. نظرًا لأن الدوامة الإلكترونية تمر بسهولة ذهابًا وإيابًا (مجال الإلكترون المحوري للموصل المعدني)، فمن الممكن، على سبيل المثال، تنفيذ خط كهرباء لاسلكي ومنشآت أخرى تستخدم هذه الخاصية، بما في ذلك المولدات الكهربائية مع PDF، والتي يتم تحفيزها عن طريق التفريغ الكهربائي، التفاعل الكيميائي، الاحتراق، شعاع الإلكترون، الخ.

بطارية كهربائية

البطارية الكهربائية، على سبيل المثال، بطارية الرصاص هي مجرد جهاز يتم فيه إثارة ملف PDF بواسطة تفاعل كيميائي.

يحدث تفاعل في الطبقة القريبة من الجدار للوحة أنود الرصاص، والتي تحتوي على شحنة زائدة سالبة

ينفصل بيروكسيد الهيدروجين على الفور ويشكل بلازما الجدار:

ثلاثة مولدات إلكترون لـ 4 أيونات موجبة تبدأ ملف PDF على الفور. يكون التكوين بترتيب الإلكترينات لكل إلكترون. تتفاعل مع الإمكانات السلبية للوحة وتنتقل إلى حركة مدارية حول الأنود، ثم عبر المحطات الطرفية إلى الموصل إلى المستهلك. يتم إرجاع جزء من التيار غير المستخدم إلى الكاثود، ويتم تبديد الجزء الآخر في الفضاء من قبل المستهلك، بشكل رئيسي في شكل فوتونات حرارية. إن جهد دوامة الأنود أعلى من جهد الكاثود (لا يوجد بلازما هناك)، مما يضمن حركة الإلكترينو - من الجهد العالي إلى الجهد المنخفض.

تتحول ذرات H إلى نيوترونات ويتم التخلص منها من اللعبة. ذرات الأكسجين التي تعرضت لخلل في الكتلة لم تعد قادرة على تكوين جزيء بسبب فقدان 82% من شحنتها الإيجابية. تتحد هذه الذرات مع إلكترونات المولد المستهلكة لتشكل الأيونات. ترتبط إلكترونات المولد المتبقية بجزيئات الماء الموجبة في () - . تشكل الأيونات السالبة عند لوحة الأنود ذات الإلكترونات الموجبة حاجزًا. تنقسم الإلكترونات إلى دوامات حول الأيونات السالبة، كما هو الحال حول الذرات في الموصلات المعدنية، وتتبع المسار الأيوني - موصل التيار - من الكاثود إلى القطب الموجب. وعند شحن البطارية تكون الصورة عكس ذلك. يتم إنفاق نصيب الأسد من تيار الشحن على تحييد الأيونات السالبة.

كما ترون، مصدر الإلكترينو هو الماء، ويتم استهلاكه؛ ويبقى دون تغيير. ومع ذلك، عندما يتم تغيير المنحل بالكهرباء، يتم إطلاق الحمض أيضًا. عند الشحن، لا يحدث التحييد الكامل، مما يضمن التوصيل الكهربائي الأيوني للحل. ولكن هناك خطر التحييد الكامل وفشل البطارية.

التركيب الذري

تتكون الذرة من نيوترونات ذات شحنات غير متوازنة قليلاً. تم وصف النيوترون أعلاه في الفقرة 2. لا توجد بروتونات، كما لا توجد إلكترونات مدارية، وبالتالي فإن العدد الذري للعنصر لا يحمل أي معنى. النيوترونات والذرات عبارة عن أنظمة كهروستاتيكية؛ كما ذكر أعلاه، تم تنقيح الكتل الذرية للعناصر والأعداد الذرية وتقريبها إلى العدد الكامل للنيوترونات.

الأفكار السائدة حول التكافؤ لا تتوافق مع الحقائق. وبالتالي فإن تكافؤ مجموعة الفلزات القلوية يعتبر نفسه ويساوي +1. ولكن من المعروف أن هذه المعادن ليس لها نفس النشاط الكيميائي؛ يزداد تفاعلها من الليثيوم إلى السيزيوم. لوحظت الصورة المعاكسة للهالوجينات: تنخفض التفاعلية بشكل حاد من الفلور إلى الأستاتين، كما يُعتقد، بتكافؤ واحد للمجموعة يساوي -1.

كما هو موضح أعلاه، لا توجد تفاعلات أخرى غير الكهرباء الساكنة والكهروديناميكية، ويتم تضمين التفاعلات الكيميائية أيضًا في هذه الفئة من التفاعلات. وحجم وعلامة الشحنة الزائدة هي التي تحدد النشاط الكيميائي للعنصر وعلاقته بالكواشف الأخرى. كما هو موضح في مثال الكربون والعناصر الأخرى، يتم تحديد التكافؤ من خلال خصائص هذه العناصر باستخدام صيغ بسيطة. يتم تحديد علامة الشحنة من خلال مركبات العنصر ومشاركته في التفاعلات.

إن تحديد طبيعة التيار الكهربائي والتوصيل الكهربائي للمعادن على المستوى الذري ودون الذري أكد بشكل لا لبس فيه على السالبية الكهربية لذرات المعدن والإيجابية الكهربية للعوازل. تغير أشباه الموصلات هذه الخصائص عندما تتغير الظروف (درجة الحرارة) بسبب ترابط الإلكترونات، والتي تتجاوز بعد ذلك الشبكة البلورية.

أصبح من الواضح أن جميع الذرات الموجبة للكهرباء تتحد في جزيئات بمساعدة إلكترونات الرابطة، ويجب مراعاة هذه الإلكترونات بالتوازن في صيغ التفاعلات الكيميائية. في هذه الحالة، كما هو مبين في الفقرة 6، يتجاوز سطح المجالات الكهربية الإيجابية سطح المجالات الكهربية بمقدار خمسة أوامر من حيث الحجم. ولذلك، فإن الجسيمات السالبة كهربيًا - وهي إلكترونات الترابط - هي فقط التي يمكن أن تكون حلقة الوصل بين الذرات في الجزيئات. ومما يسهل ذلك أيضًا حقيقة أن المجالات الكهربائية للإلكترونات الهيكلية مشغولة أولاً داخل النيوترونات ببناء بنيتها والاحتفاظ بها ، وثانيًا داخل الذرات بربط النيوترونات ببعضها البعض. أي أنه لم يتبق سوى القليل جدًا من الشحنة للمجالات الكهربائية الخارجية، وحتى ذلك، كما نرى، يتوزع على مساحة صغيرة من السطح الخارجي للذرات. تؤدي الغلبة الساحقة للسطح الموجب للكهرباء إلى حقيقة أن ربط الذرات بالجزيئات يتم فقط بمساعدة إلكترونات الترابط.

يرد في الجدول 1. تكافؤ المجموعة الفرعية للمجموعة الأولى من الفلزات القلوية من الجدول الدوري. وهو يؤكد حقائق تفاعل هذه العناصر المثبتة عمليًا. ويرد أيضًا تكافؤ عناصر الفترة الثانية في الجدول 1.

بالإضافة إلى ذلك، كما اتضح، لا تحتوي الغازات النبيلة على انتهاك لتكوينها الإلكتروني - وهذه هي ميزتها الرئيسية؛ لكن التركيب الكهربائي معطل. فقط الكريبتون والزينون لديهما شحنة زائدة تصل إلى المستوى الذي يكونان فيه قادرين على الدخول في تفاعل كيميائي مع العناصر الأكثر إيجابية كهربائيًا - الأكسجين والفلور.

تبدأ كل فترة بمعادن عالية السالبية الكهربية (معدن قلوي في البداية). تتناقص السالبية الكهربية تدريجيًا ويتم استبدال المعادن النموذجية، في نهاية الفترة، بعناصر شبه موصلة، وتنتهي الفترة بأحد الهالوجينات - وهو عنصر موجب كهربائيًا، وهو عنصر غير معدني نموذجي.

الجدول 1

تكافؤ العناصر

الخاتمة الصغيرة

إلى سؤال صعب ومهم للغاية: من أين تأتي الطاقة؟ - الآن، كما ترون، يمكننا أن نعطي إجابة لا لبس فيها: الطاقة تأتي من المادة، والتي من حيث المبدأ هي تراكم الطاقة.

في هذه الحالة، فإن الطاقة، المشاركة في تداول المادة، تغير شكلها فقط: الطاقة الحركية أو المحتملة للجسيمات الأولية. تغير المادة حالة مرحلتها فقط: من الجسيمات الأولية إلى الأجسام المركبة، دون تغيير الكتلة الإجمالية.

المهمة: تعلم كيفية الحصول على هذه الطاقة دون الإضرار بالطبيعة والإنسان. وهذا ما سيتم تخصيص الجزء التالي من الدراسة له.

الجزء الثاني

العمليات والإعدادات
الطاقة الطبيعية

مصادر التيار الكهربائي هي البطاريات والمراكم والدينامو وأنواع مختلفة من المولدات وما إلى ذلك. وهي تنتج الكهرباء بسبب نوع آخر من الطاقة، على سبيل المثال، الكيميائية والميكانيكية والحرارية وما إلى ذلك. وبالتالي، في الحالات التي تحتوي على مصادر للتيار الكهربائي، ويظل قانون حفظ الطاقة ساري المفعول.

لكل مصدر تيار خاصية، عند إغلاق الدائرة الكهربائية، لتكوين مجال كهربائي في الموصلات،الذي يعمل بقوة معينة على الإلكترونات الحرة. ولذلك، يقولون أن كل مصدر تيار لديه قوة دافعة كهربائية معينة (EMF).

مصادر التيار الكهربائي لا تنتج إلكترونات، ولكن المجال الكهربائي الذي تخلقه يحرك الإلكترونات الحرة الموجودة في الموصلات نفسها. وفي هذا الصدد، يمكن مقارنة أي مصدر تيار بمضخة تحرك الماء في نظام أنابيب مغلق (الشكل 3.3 ب). تنقل المضخة الطاقة إلى التوربين بنفس الطريقة التي تنقل بها البطارية الطاقة إلى المصباح الكهربائي. من الواضح، في أي نظام غير متفرع، أن كمية المياه المتدفقة في الأنابيب السميكة والرفيعة لكل وحدة زمنية هي نفسها، فقط من خلال الأنابيب الرقيقة تتحرك جزيئات الماء بسرعة أكبر.

سرعة. على سبيل القياس، يمكننا القول أن حجم التيار في دائرة كهربائية غير متفرعة هو نفسه في كل مكان، فقط في الموصلات ذات القطر الأكبر تتحرك الإلكترونات بشكل أبطأ من الموصلات الرقيقة.

سرعة التيار الكهربائي

ينتقل المجال الكهربائي عبر الأسلاك بسرعة 300 ألف كيلومتر في الثانية. هذه السرعة عالية جدًا لدرجة أنه في ثانية واحدة يمكن للمجال أن يدور حول الكرة الأرضية حوالي ثماني مرات!

سرعة الحركة الاتجاهية للإلكترونات في الموصلات أقل بكثير وتعتمد على كثافة التيار.

على طول الفتيل الساخن للمصباح الكهربائي، تتحرك الإلكترونات بسرعة 1-2 سم في الثانية، بينما في الحبال والكابلات لا تتجاوز هذه السرعة 2-3 مم في الثانية. وهنا قد يطرح السؤال: لماذا يقولون إن سرعة التيار الكهربائي هائلة؟

لفهم ذلك، تخيل عدة عشرات من المكعبات مكدسة بإحكام في خط مستقيم على سطح أملس. إذا دفعنا المكعب الأول، فإن الدفع سيصل إلى المكعب الأخير على الفور تقريبًا، ومع ذلك، فإن سرعة كل مكعب على حدة لن تكون عالية جدًا. وبنفس الطريقة، عندما تكون الدائرة الكهربائية مغلقة، ينتشر المجال الكهربائي على طول الموصل بسرعة هائلة في نفس الوقت تقريبًا، يتم تحريك الإلكترونات القريبة والبعيدة.ولهذا السبب من المقبول عمومًا أن التيار الكهربائي ينتقل عبر الموصلات بسرعة تبلغ حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية.

اتجاه التيار الكهربائي

لقد اكتشفنا بالفعل أن التيار الكهربائي في المعادن ناتج عن نوع واحد فقط من حاملات الشحنة - الإلكترونات. ومع ذلك، في الإلكتروليتات، يحدث التيار الكهربائي بسبب كل من الإلكترونات والأيونات الموجبة. نرى صورة مماثلة

وفي أشباه الموصلات، حيث ينشأ التيار الكهربائي عن نوعين من الجسيمات المشحونة: الإلكترونات والإلكترونات الثقوب(الثقوب لها خصائص الجسيمات الموجبة الشحنة، لأنها تمثل أماكن لا توجد فيها إلكترونات). في التين. يُظهر الشكل 3.4أ تقليديًا شبه موصل لا يتدفق من خلاله تيار. ويمكن ملاحظة أن الإلكترونات والثقوب تتحرك بشكل عشوائي في اتجاهات مختلفة بسبب الاهتزاز الحراري. إذا كان أشباه الموصلات متصلا بمصدر حالي، فسينشأ مجال كهربائي، و تبدأ الثقوب بالتحرك في اتجاه المجال والإلكترونات – نحو الميدان(الشكل 3.4 ب).

حتى في القرن الماضي تم قبوله ونعني باتجاه التيار الكهربائي اتجاه حركة الشحنات الموجبة(في ذلك الوقت لم يعرفوا بعد أن التيار في المعادن ناتج عن الإلكترونات فقط). حسب التقليد، تم الحفاظ على هذه القاعدة حتى يومنا هذا. ولذلك، وفقا لهذه القاعدة، فإن اتجاه التيار في المعادن عكس اتجاه حركة الإلكترون .ولذلك، التيار في الدائرة الخارجية يتدفق في الاتجاه من القطب الموجب إلى السالب.