Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Искать в Школе для электрика:
 
 

 

Справочник электрика / Основы электротехники

 

Свойства элементарных частиц, обладающих электрическим зарядом


Путем трения двух разнородных тел, а также с помощью наведения (индуцирования) телам могут быть сообщены особые свойства — электрические.

Электрические заряды и заряженные частицы

Изучение наэлектризованных тел показало, что электрические свойства их объясняются тем, что частицы, из которых состоят все вещества, обладают особым физическим свойством, называемым электрическим зарядом.

Электрический заряд характеризует взаимосвязь частиц с собственным электромагнитным полем и их взаимодействие с внешним электромагнитным полем. Заряд является одним из отличительных свойств многих элементарных частиц. Существует два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные.

Как известно, все тела в природе состоят из дискретных частиц. Эти частицы называются элементарными. Каждая элементарная частица обладает своими характеристиками, отличительными от характеристик других частиц. К таким характеристикам относятся: масса покоя, электрический заряд, спин, магнитный момент, время жизни и др.

Элементарные частицы входят в состав атомов и молекул вещества, но они могут быть и в свободном состоянии. Таковы, например, электроны, составляющие "электронный газ" в металлических проводниках, электроны катодных потоков в электронных лампах и т. д.

Элементарные частицы с электрическими зарядами разных знаков притягиваются, а с зарядами одинаковых знаков отталкиваются друг от друга. При движении частиц вокруг них наблюдается магнитное поле.

Строение атома

Основными носителями зарядов в веществе, т. е. частицами, которым присущи электрические свойства, являются электроны, заряженные отрицательно, и протоны с положительным зарядом. Они входят в состав атомов всех веществ, являясь их основными структурными элементами.  

Совокупность всех электрических явлений обусловливается зарядами частиц, входящих в состав атомов, и их полями. В связи с этим остановимся на внутреннем строении атомов в той мере, в какой это необходимо для понимания явлений, рассматриваемых в электротехнике.

Строение атомов химических элементов: Строение атомов - элементарные частицы вещества, электроны, протоны, нейтроны

Электрические свойства тел

Твердые тела обычно имеют кристаллическую структуру: их атомы располагаются в пространстве в строгой последовательности на определенном расстоянии друг от друга, образуя так называемую пространственную, или кристаллическую, решетку. В узлах решетки располагаются положительные ионы.

Металлические проводники в электроустановках

Из-за относительно небольших расстояний на электроны валентной оболочки данного атома оказывают действие соседние атомы, благодаря чему валентные электроны непосредственно участвуют в электронном обмене каждого атома с окружающими его соседними атомами. Это приводит к тому, что уровни энергии расщепляются на ряд близко расположенных уровней, которые образуют зоны непрерывных энергетических состояний электронов.

Электрические свойства тел определяются структурой этих зон и числом электронов, заполняющих зоны в соответствии с принципом запрета. В металлах, к которым относится, например, медь, валентная зона лишь наполовину заполнена электронами, в то время как все зоны с меньшим значением энергии заполнены целиком.

Наличие одной частично заполненной зоны характерно для всех металлов. Для возбуждения валентного электрона изолированного атома на более высокий уровень требуются определенные дискретные порции энергии.

В металлах зона проводимости заполнена частично. Поэтому в ней электроны легко занимают свободные состояния и практически достаточно сколь угодно малого количества энергии, чтобы поднять электрон на более высокий свободный уровень и создать электрический ток.

Поскольку проводимость в металлах обусловливается подвижностью электронов, она называется электронной проводимостью. Проводимость электролитов определяется наличием в растворах легкоподвижных положительных и отрицательных ионов, на которые распадается часть молекул растворенного вещества. Такая проводимость называется ионной проводимостью.

Значительной ионной проводимостью отличаются некоторые соли в расплавленном состоянии и газы в ионизированном состоянии. Газы ионизируются под влиянием высокой температуры, высокого напряжения и т. д. Газ с высокой плотностью свободных электронов и молекул в ионизированном состоянии называется плазмой.

Смотрите также: Металлы и диэлектрики - в чем различие

Закон Кулона

Законом Кулона (1785 г.) впервые устанавливалось количественное соотношение между значениями электрических зарядов и их взаимодействием. Этот закон сыграл и продолжает играть большую роль в установлении единицы заряда и силовой характеристики электростатического поля. Подробнее об этом смотрите здесь: Закон Кулона и его применение в электротехнике