¿Qué es el movimiento dirigido de partículas cargadas? Para muchos, esta es un área incomprensible, pero en realidad todo es muy simple. Entonces, cuando hablan del movimiento dirigido de partículas cargadas, se refieren a corriente. Analicemos sus principales características y formulaciones, así como los problemas de seguridad al trabajar con él.
Información general
Comienza con una definición. Por corriente eléctrica siempre se entiende el movimiento ordenado (dirigido) de partículas cargadas, que se lleva a cabo bajo la influencia de un campo eléctrico. ¿Qué tipo de objetos se pueden considerar en este caso? Las partículas significan electrones, iones, protones, huecos. También es importante saber cuál es la fuerza actual. Este es el número de partículas cargadas que fluyen a través de la sección transversal del conductor por unidad de tiempo.
Naturaleza del fenómeno
Todas las sustancias físicas están formadas por moléculas que se forman a partir de átomos. Tampoco son el material final, porque tienen elementos (un núcleo y electrones que giran a su alrededor). Todas las reacciones químicas van acompañadas del movimiento de partículas. Por ejemplo, con la participación de los electrones, algunos átomos experimentarán su deficiencia, mientras que otros experimentarán un exceso. En este caso, las sustancias tienen cargas opuestas. Si se produce su contacto, entonces los electrones de uno tenderán a ir al otro.
Tal naturaleza física de las partículas elementales explica la esencia de la corriente eléctrica. Este movimiento direccional de partículas cargadas continuará hasta que los valores se igualen. En este caso, la reacción de los cambios es una cadena. En otras palabras, en lugar del electrón que se va, otro entra en su lugar. Las partículas del átomo vecino se utilizan para el reemplazo. Pero la cadena tampoco termina ahí. Un electrón también puede llegar al átomo extremo, por ejemplo, desde el polo negativo de la fuente de la corriente que fluye.
Un ejemplo de tal situación es una batería. Desde el lado negativo del conductor, los electrones se mueven hacia el polo positivo de la fuente. Cuando se acaban todas las partículas del componente infectado negativamente, la corriente se detiene. En este caso, se dice que la batería está descargada. ¿Cuál es la velocidad del movimiento dirigido de las partículas cargadas que se mueven de esta manera? Responder a esta pregunta no es tan fácil como podría parecer a primera vista.
El papel del estrés
¿Para qué se utiliza este concepto? El voltaje es una característica de un campo eléctrico, que es la diferencia de potencial entre dos puntos que se encuentran en su interior. Para muchos, esto puede parecer confuso. Cuando se trata del movimiento dirigido (ordenado) de partículas cargadas, es necesario comprender el voltaje.
Imaginemos que tenemos un conductor simple. Este puede ser un alambre hecho de metal, como cobre o aluminio. En nuestro caso, esto no es tan importante. La masa de un electrón es 9.10938215(45)×10-31kg. Esto significa que es bastante material. Pero el metal conductor es sólido. Entonces, ¿cómo pueden fluir los electrones a través de él?
¿Por qué puede haber corriente en productos metálicos?
Pasemos a los fundamentos de la química, que cada uno de nosotros tuvo la oportunidad de aprender en la escuela. Si el número de electrones en la sustancia es igual al número de protones, entonces se garantiza la neutralidad del elemento. Con base en la ley periódica de Mendeleev, se determina con qué sustancia se debe tratar. Depende del número de protones y neutrones. Es imposible ignorar la gran diferencia entre las masas del núcleo y los electrones. Si se eliminan, el peso del átomo permanecerá prácticamente sin cambios.
Por ejemplo, la masa de un protón es aproximadamente 1836 veces mayor que el valor de un electrón. Pero estas partículas microscópicas son muy importantes, porque pueden salir fácilmente de unos átomos y unirse a otros. Al mismo tiempo, una disminución o aumento en su número conduce apara cambiar la carga del átomo. Si consideramos un solo átomo, entonces su número de electrones siempre será variable. Están constantemente saliendo y regresando. Esto se debe al movimiento térmico y la pérdida de energía.
Especificidad química de un fenómeno físico
Cuando hay un movimiento dirigido de partículas cargadas eléctricamente, ¿no se pierde la masa atómica? ¿Cambia la composición del conductor? Este es un concepto erróneo muy importante que confunde a muchos. La respuesta en este caso es sólo negativa. Esto se debe al hecho de que los elementos químicos no están determinados por su masa atómica, sino por la cantidad de protones que hay en el núcleo. La presencia o ausencia de electrones/neutrones no juega ningún papel en este caso. En la práctica, se ve así:
- Sumar o restar electrones. Resulta un ion.
- Sumar o restar neutrones. Resulta un isótopo.
El elemento químico no cambia. Pero con los protones, la situación es diferente. Si es solo uno, entonces tenemos hidrógeno. Dos protones, y estamos hablando de helio. Las tres partículas son litio. Etc. Aquellos que estén interesados en la continuación pueden mirar la tabla periódica. Recuerde: aunque una corriente pase mil veces por un conductor, su composición química no cambiará. Pero tal vez de otra manera.
Electrolitos y otros puntos interesantes
La peculiaridad de los electrolitos es que es su composición química la que cambia. Entonces, bajo la influencia de la corriente,elementos electrolíticos. Cuando se agote su potencial, el movimiento dirigido de partículas cargadas se detendrá. Esta situación se debe al hecho de que los portadores de carga en los electrolitos son iones.
Además, hay elementos químicos sin electrones. Un ejemplo sería:
- Hidrógeno cósmico atómico.
- Todas las sustancias que se encuentran en estado de plasma.
- Gases en la atmósfera superior (no solo la Tierra, sino también otros planetas donde hay masas de aire).
- Contenido de aceleradores y colisionadores.
También debe tenerse en cuenta que, bajo la influencia de una corriente eléctrica, algunos productos químicos pueden desmoronarse literalmente. Un ejemplo bien conocido es un fusible. ¿Cómo se ve a nivel micro? Los electrones en movimiento empujan a los átomos en su camino. Si la corriente es muy fuerte, entonces la red cristalina del conductor no puede resistir y se destruye, y la sustancia se derrite.
Volver a la velocidad
Anteriormente, este punto fue tocado superficialmente. Ahora echemos un vistazo más de cerca. Cabe señalar que el concepto de velocidad de movimiento dirigido de partículas cargadas en forma de corriente eléctrica no existe. Esto se debe al hecho de que se entrelazan diferentes valores. Entonces, un campo eléctrico se propaga a través de un conductor a una velocidad cercana al movimiento de la luz, es decir, unos 300.000 kilómetros por segundo.
Bajo su influencia, todos los electrones comienzan a moverse. Pero su velocidadmuy pequeña. Es aproximadamente 0,007 milímetros por segundo. Al mismo tiempo, también se precipitan aleatoriamente en movimiento térmico. En el caso de los protones y los neutrones, la situación es diferente. Son demasiado grandes para que les suceda lo mismo. Como regla general, no es necesario hablar de su velocidad tan cerca del valor de la luz.
Parámetros físicos
Ahora veamos qué es el movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico desde un punto de vista físico. Para ello, imaginemos que tenemos una caja de cartón que contiene 12 botellas de bebida carbonatada. Al mismo tiempo, se intenta colocar otro contenedor allí. Supongamos que tuvo éxito. Pero la caja apenas sobrevivió. Cuando intentas poner otra botella, se rompe y todos los recipientes se caen.
La caja en cuestión se puede comparar con la sección transversal de un conductor. Cuanto mayor sea este parámetro (cable más grueso), más corriente puede proporcionar. Esto determina qué volumen puede tener el movimiento dirigido de partículas cargadas. En nuestro caso, una caja que contenga de una a doce botellas puede cumplir fácilmente su función (no reventará). Por analogía, podemos decir que el conductor no se quemará.
Si supera el valor indicado, el objeto fallará. En el caso de un conductor, entrará en juego la resistencia. La ley de Ohm describe muy bien el movimiento dirigido de partículas cargadas eléctricamente.
Relación entre diferentes parámetros físicos
Por cajade nuestro ejemplo, puedes poner uno más. En este caso, no se pueden colocar 12, sino hasta 24 botellas por unidad de superficie. Agregamos uno más, y hay treinta y seis de ellos. Una de las cajas se puede considerar como una unidad física, análoga al voltaje.
Cuanto más ancha sea (reduciendo así la resistencia), más botellas se podrán colocar (que en nuestro ejemplo sustituyen a las actuales). Al aumentar la pila de cajas, puede colocar contenedores adicionales por unidad de área. En este caso, la potencia aumenta. Esto no destruye la caja (conductor). He aquí un resumen de esta analogía:
- El número total de botellas aumenta la potencia.
- El número de contenedores en la caja indica la potencia actual.
- El número de cuadros de altura le permite juzgar el voltaje.
- El ancho de la caja da una idea de la resistencia.
Posibles peligros
Ya hemos discutido que el movimiento dirigido de partículas cargadas se llama corriente. Cabe señalar que este fenómeno puede ser peligroso para la salud humana e incluso para la vida. He aquí un resumen de las propiedades de la corriente eléctrica:
- Proporciona calentamiento del conductor por el que circula. Si la red eléctrica doméstica está sobrecargada, el aislamiento se carbonizará y se desmoronará gradualmente. Como resultado, existe la posibilidad de un cortocircuito, lo cual es muy peligroso.
- La corriente eléctrica, cuando fluye a través de electrodomésticos y cables, se encuentraresistencia de los elementos que forman los materiales. Por lo tanto, elige la ruta que tiene el valor mínimo para este parámetro.
- Si se produce un cortocircuito, la intensidad de la corriente aumenta considerablemente. Esto libera una cantidad significativa de calor. Puede derretir metal.
- Puede ocurrir un cortocircuito debido a la entrada de humedad. En los casos discutidos anteriormente, los objetos cercanos se iluminan, pero en este caso, las personas siempre sufren.
- La descarga eléctrica conlleva un peligro significativo. Es muy probable que sea incluso fatal. Cuando una corriente eléctrica fluye a través del cuerpo humano, la resistencia de los tejidos se reduce considerablemente. Empiezan a calentarse. En este caso, las células se destruyen y las terminaciones nerviosas mueren.
Problemas de seguridad
Para evitar la exposición a la corriente eléctrica, debe utilizar equipo de protección especial. El trabajo debe realizarse con guantes de goma utilizando una alfombra del mismo material, varillas de descarga, así como dispositivos de puesta a tierra para lugares de trabajo y equipos.
Los interruptores de circuito con varias protecciones han demostrado ser buenos como un dispositivo que puede salvar la vida de una persona.
Además, no se deben olvidar las precauciones básicas de seguridad al trabajar. Si ocurre un incendio que involucre equipos eléctricos, solo se pueden usar extintores de dióxido de carbono y polvo. Estos últimos muestran el mejor resultado en la lucha contra incendios, pero los equipos cubiertos de polvo no siempre se pueden restaurar.
Conclusión
Usando ejemplos comprensibles para todos los lectores, descubrimos que el movimiento dirigido ordenado de partículas cargadas se llama corriente eléctrica. Este es un fenómeno muy interesante, importante desde las posiciones tanto de la física como de la química. La corriente eléctrica es un asistente incansable del hombre. Sin embargo, debe manejarse con cuidado. El artículo analiza cuestiones de seguridad a las que se debe prestar atención si no hay deseo de morir.
