Суть електричного струму полягає в упорядкованому переміщенні заряджених частинок в провідниках. У більшості випадків в цій ролі виступають метали, в яких рухаються електрони.
Однак струм може виникнути і в інших середовищах, наприклад, в газах. Як тільки фізики відкрили це явище, їм належало визначити, який напрямок має електричний струм.
Причини появи
Заряджені частинки починають переміщатися завдяки дії різних джерел живлення. До їх числа належать батареї, акумулятори, генератори та інші пристрої, здатні перетворювати всілякі види енергії в електричну.
Саме воно і надає певний вплив на вільні частинки. Під час досліджень вчені встановили, що кожне джерело електроструму має електрорушійну силу (ЕРС). Слід пам’ятати, що електрони не з’являються завдяки джерелу живлення, а присутні в матеріалі провідника. Вони починають рухатися під прямим впливом електрополя, оскільки не пов’язані атомними зв’язками і є вільними.
Як приклад можна привести замкнуту систему труб, воду в яких перекачує насос. Залежно від розмірів труб і числа відгалужень, рідина буде переміщатися в них з різною швидкістю.
Всі ці властивості притаманні й потоку електроструму, який змінюється в залежності від перетину провідників.
Напрямок струму
Необхідно розуміти, що струм викликає не кожне переміщення заряджених частинок. Під впливом тепла електрони також починають рухатися, але їх рух є хаотичним і не має конкретного напрямку. Якщо до теплового впливу на провідник додати електрополе, то електрони почнуть рухатися з певною спрямованістю.
Напрямок переміщення частинок, що утворюють електрострум, залежить від їх заряду:
- позитивні рухаються від “плюса” до “мінуса”;
- негативні – від “мінуса” до “плюса”.
Зустрічне переміщення частинок спостерігається в електролітичних розчинах і газах. Тому вкрай важливо точно встановити, який справжній напрямок струму в ланцюзі. В результаті було прийнято рішення, що рух позитивних частинок є напрямком електроструму. Однак це твердження не збігається з дійсністю, коли мова йде про металеві провідники.
Річ у тому, що в них перенесення заряду відбувається через переміщення електронів, заряджених негативно. При цьому точно відомо, що вони рухаються від мінуса до плюса В такому випадку доводиться вважати напрямок струму протилежним переміщенню заряджених частинок.
Попри певну незручність, це правило чітко говорить, що саме приймають за напрямок електричного струму і куди він тече.
Рух частинок в різних провідниках
Електрострум здатний виникнути не тільки в металах, а й інших речовинах. При цьому вони можуть перебувати в різних агрегатних станах. Щоб краще зрозуміти тему, варто вказати і рух струму в рідинах, газах і твердих речовинах:
- Метали володіють великою кількістю вільних електронів, які і є основним джерелом струму.
- Електроліти являють собою рідини, які здатні проводити електрострум. До цієї групи провідників належать розчини солей, кислот, лугів. Опинившись у воді, молекули всіх цих речовин розщеплюються на іони — заряджені окремі атоми або їх групи. Іони можуть мати позитивний (катіони) або негативний (аніони) заряд. Саме внаслідок їх спрямованого руху в розчинах виникає електрострум.
- У плазмі і газах електрострум викликає переміщення позитивних іонів і електронів, що мають негативний заряд.
- У вакуумі струм з’являється завдяки електронам, що вилітають з поверхні металу.
Також існує визначення конвекційного електроструму, що являє собою рух макроскопічних частинок. Прикладом конвекційного струму є дощові краплі під час блискавки.
Дія струму
Знаючи, що приймається за напрямок струму, варто з’ясувати і його дію. Про появу сили електроструму можна дізнатися за показаннями спеціальних приладів. Однак вони не завжди є під рукою. У такій ситуації про наявність струму можна судити з наступних явищ:
- Теплове явище. Рух заряджених частинок призводить до нагрівання матеріалу провідника. Саме це явище використовується в роботі ламп освітлення або нагрівальних приладів.
- Магнітне. Якщо в колі є струм, то він створить магнітне поле. Перевірити цей факт можна за допомогою компаса: якщо піднести його до проводу, то стрілка повернеться перпендикулярно провіднику. Створене струмом магнітне поле можна посилити, обмотавши залізний стрижень дротом. В результаті вийде електромагніт.
- Хімічне. Якщо струм протікає в електролітах, то хімічний склад розчину зміниться. Наприклад, в розчині CuSO4 електрострум виникає завдяки руху позитивних іонів Cu. Вони переміщаються до негативного електроду, який з часом покриється шаром міді.
Сьогодні складно уявити людську цивілізацію без електрики. Природу цих явища намагалися встановити багато вчених ще до відкриття електронів.
Після відкриття електронів не стикування гіпотези Франкліна була доведена, але вчені вирішили, що визначатися напрямок електроструму буде як і раніше.
