Условный электрический ток и реальный поток электронов

Добавлено 28 сентября 2020 в 10:59

«В стандартах хорошо то, что их так много, что есть из чего можно выбрать.»

Эндрю С. Таненбаум, профессор информатики

Положительный и отрицательный заряд электронов

Когда Бенджамин Франклин высказал свое предположение относительно направления потока заряда (от гладкого воска к грубой шерсти), он создал прецедент для электрических обозначений, который существует и по сей день, несмотря на тот факт, что мы знаем, что электроны являются составными единицами заряда, и что они перемещаются с шерсти на воск, а не с воска на шерсть, когда эти два вещества натираются друг об друга. Вот почему говорят, что электроны имеют отрицательный заряд: поскольку Франклин предполагал, что электрический заряд движется в направлении, противоположном тому, в котором он движется на самом деле, и поэтому объекты, которые он назвал «отрицательными» (представляющими недостаток заряда), на самом деле имеют избыток электронов.

К тому времени, когда было обнаружено истинное направление потока электронов, терминология «положительный» и «отрицательный» уже была настолько прочно закреплена в научном сообществе, что не было предпринято никаких усилий, чтобы изменить его, хотя называние электронов «положительными» дало бы больше смысла упоминанию «избытка» заряда. Видите ли, термины «положительный» и «отрицательный» являются изобретениями человека и, как таковые, не имеют абсолютного значения за пределами наших собственных условностей языка и научного описания. Франклин мог бы так же легко называть избыток заряда «черным», а недостаток – «белым», и в этом случае ученые могли бы говорить об электронах, имеющих «белый» заряд (при том же неверном предположении о распределении заряда между воском и шерстью).

Обозначение условного потока

Однако, поскольку мы склонны связывать слово «положительный» с «избытком», а «отрицательный» – с «дефицитом», стандартное обозначение заряда электрона кажется запоздалым. Из-за этого многие инженеры решили сохранить старую концепцию электричества с «положительным», относящимся к избытку заряда, и соответствующим образом обозначить поток заряда (электрический ток). Это стало известно как обозначение условного потока:

Рисунок 1 – Обозначение условного потока.
Электрический заряд двигается от положительной (с избытком) стороны батареи к отрицательной (с дефицитом) стороне.

Обозначение потока электронов

Другие решили обозначить поток заряда в соответствии с фактическим движением электронов в цепи. Эта форма стала известна как обозначение потока электронов:

Рисунок 2 – Обозначение потока электронов
Электрический заряд двигается от отрицательной (с избытком) стороны батареи к положительной (с дефицитом) стороне.

В обозначении условного потока мы показываем движение заряда согласно (технически некорректным) меткам + и -. Таким образом, эти метки имеют смысл, но направление потока заряда указывается неверно. В обозначениях электронного потока мы следим за фактическим движением электронов в цепи, но метки + и — кажутся обратными. Действительно ли имеет значение, как мы обозначаем поток заряда в цепи? Не совсем, если мы единообразно используем наши символы. Вы можете следить за воображаемым направлением электрического тока (условный поток) или за фактическим (поток электронов) с равным успехом в том, что касается анализа схемы. Концепции напряжения, тока, сопротивления, непрерывности и даже математические трактовки, такие как закон Ома (глава 2) и законы Кирхгофа (глава 6), остаются столь же актуальными для любого стиля записи.

Обозначение условного потока против обозначения потока электронов

Вы можете обнаружить, что обозначения условного потока используются большинством инженеров-электронщиков и приводятся на иллюстрациях в большинстве учебников. Электронный поток чаще всего встречается во вводных учебниках (однако от этого отходят) и в трудах профессиональных ученых, особенно физиков твердого тела, которым важно реальное движение электронов в веществах. Эти предпочтения носят культурный характер в том смысле, что определенные группы людей сочли полезным представить себе движение электрического тока определенными способами. Поскольку большинство анализов электрических цепей не зависит от технически точного описания потока заряда, выбор между обозначением условного потока и обозначением потока электронов является произвольным… почти.

Полярность и неполярность

Многие электрические устройства допускают наличие реальных токов любого направления без разницы в работе. Например, лампы накаливания (в которых используется тонкая металлическая нить накаливания, которая накаляется добела при достаточном токе), например, излучают свет с одинаковой эффективностью независимо от направления тока. Они даже хорошо работают на переменном токе (AC), где направление быстро меняется в зависимости от времени. Проводники и переключатели работают также независимо от направления тока. Технический термин для обозначения этой несущественности потока заряда – неполярность. Тогда мы могли бы сказать, что лампы накаливания, переключатели и провода являются неполярными компонентами. И наоборот, любое устройство, которое по-разному работает с токами разного направления, будет называться полярным.

В электрических цепях используется множество таких полярных устройств. Большинство из них сделано из так называемых полупроводниковых веществ и поэтому не рассматриваются подробно до третьего тома этой серии книг. Подобно выключателям, лампам и батареям, каждое из этих устройств представляется на схеме уникальным условным обозначением. Как можно догадаться, символы полярных устройств обычно содержат где-нибудь внутри стрелки, обозначающие предпочтительное или исключительное направление тока. Вот где действительно имеют значение конкурирующие обозначения условного и электронного потоков. Поскольку инженеры с давних времен остановились на условном потоке как на стандартном обозначении в своей «культуре», и поскольку инженеры – это те же люди, которые изобретают электрические устройства и придумывают для них обозначения, все стрелки, используемые в символах этих устройств, указывают в направлении обозначений условного потока, а не потока электронов. Иными словами, на всех условных обозначениях этих устройств есть стрелки, указывающие против направления реального потока электронов через них.

Возможно, лучший пример полярного устройства – это диод. Диод – это односторонний «клапан» для электрического тока, аналог обратного клапана для тех, кто знаком с водопроводными и гидравлическими системами. В идеале диод обеспечивает беспрепятственное прохождение тока в одном направлении (небольшое сопротивление или его отсутствие), но предотвращает прохождение тока в другом направлении (бесконечное сопротивление). Его условное графическое обозначение на схеме выглядит так:

Рисунок 3 – Условное обозначение диода

Помещенный в цепь батареи/лампы, он работает следующим образом:

Рисунок 4 – Работа диода в цепи постоянного тока

Когда диод направлен в правильном направлении, чтобы пропускать ток, лампа светится. В противном случае диод блокирует прохождение тока так же, как разрыв цепи, и лампа гореть не будет.

Если мы обозначим ток в цепи, используя обозначение условного потока, символ стрелки диода будет иметь смысл: треугольная форма указывает в направлении потока заряда, от положительного к отрицательному:

Рисунок 5 – Диод и обозначение условного потока

С другой стороны, если мы используем обозначение потока электронов, чтобы показать истинное направление движения электронов по цепи, стрелка обозначения диода будет указывать в противоположную сторону:

Рисунок 6 – Диод и обозначение потока электронов

Уже по этой причине многие люди предпочитают использовать условный поток при рисовании направления движения заряда в цепи. Если только нет других причин, обозначения, связанные с полупроводниковыми компонентами, такими как диоды, в этом случае имеют больше смысла. Однако другие люди предпочитают показывать истинное направление движения электронов, чтобы не говорить себе: «просто помни, что электроны на самом деле движутся в другую сторону», когда истинное направление движения электронов становится проблемой.

Что следует использовать: условный ток или поток электронов?

Обе модели дадут точные результаты при последовательном использовании, и они одинаково «правильны», поскольку являются инструментами, которые помогают нам понимать и анализировать электрические схемы. Однако в контексте электротехники условный ток распространен гораздо больше. В этом учебнике используется условный ток, и любой, кто намеревается изучать электронику в академической или профессиональной среде, должен научиться естественно думать об электрическом токе как о чем-то, что течет от более высокого напряжения к более низкому.

Оригинал статьи:

• Conventional Versus Electron Flow

Теги

ДиодОбучениеПостоянный токЭлектрический токЭлектричествоЭлектрон

Назад

Оглавление

Физики АлтГУ запатентовали уникальный способ получения источника высокоинтенсивного потока электронов — Новости

10 июля 2020 Управление информации и медиакоммуникаций

Физики Алтайского государственного университета запатентовали уникальный способ получения тонкой нанокристаллической интерметаллической пленки, являющейся источником высокоинтенсивного потока электронов.

Данной темой авторы изобретения – заведующий кафедрой общей и экспериментальной физики, заведующий лабораторией контроля качества материалов и конструкций  Института цифровых технологий, электроники и физики, доктор физико-математических наук Владимир Александрович Плотников, директор ИЦТЭиФ, доктор физико-математических наук Сергей Викторович Макаров, кандидат физико-математических наук Анна Николаевна Макрушина – занимаются уже на протяжении нескольких лет, получив около семи патентов на похожие способы получения интерметаллических пленок источников электронов и опубликовав более десятка статей по этой проблеме.

«Интерметаллическая пленка получается путем нанесения на  подложку (в нашем случае она стеклянная) нескольких слоев меди и олова. После этого мы проводим химическую реакцию между слоями меди и олова, в результате которой по всей поверхности пленки синтезируется интерметаллическое соединение Cu6Sn5 (здесь Cu это медь, а Sn это олово). Характерно, что синтез локализуется в совокупности множества реакционных островков, в результате чего на поверхности подложки формируются локальные монокристальные области, или интерметаллические островки. Каждый островок, из которых состоит интерметаллическая пленка, — это своеобразное острие, торчащие из поверхности пленки, которое может быть источником электронов в электрическом поле. В связи с тем, что поверхность пленки представляет собой высокоразвитую  островковую структуру, то в электрическом поле можно создать уже высокоинтенсивный поток электронов. Такие источники электронов могут использоваться в технологических установках по электронно-лучевой обработке металлов, сплавов, а  также в качестве эмитеров электронов в электронных ускорителях. В частности, в Новосибирске сейчас разрабатывают электрон-позитронный коллайдер, где и может понадобиться мощный источник электронов», — поясняет

Владимир Александрович Плотников.

Область практического применения разработок физиков АлтГУ – это все, что связано с модификацией структуры поверхности металлов и приданием ей определенных поверхностных свойств, таких как высокая прочность, высокая износостойкость, химическая стойкость к агрессивным средам. В лаборатории, где работают авторы данной разработки, проводятся исследования по созданию алмазоподобных пленок и покрытий, а также разрабатываются методы насыщения поверхностных металлических слоев детонационным наноалмазом.

«Возвращаясь к разработанному нами способу можно отметить, что интерметаллическая пленка – это высокоорганизованная структура. Она состоит из совокупности монокристаллов и что очень важно – она ориентирована в определенных кристаллографических направлениях, то есть мы, как разработчики, можем повлиять на ее свойства, задать необходимую нам кристаллографию конечного продукта. Разрабатывая такие структуры, можно выйти на холодную эмиссию электронов. Это поможет в создании мощных источников электронов», — подчеркивает В.А. Плотников.

Остается добавить, что разработанный учеными Института цифровых технологий, электроники и физики Алтайского госуниверситета способ получения тонкой нанокристаллической интерметаллической пленки на стеклянной подложке вошел в перечень изобретений, получивших правовую охрану и включенных в базу победителей номинации Роспатента «100 лучших изобретений России» за 2019 год и первое полугодие 2020 года.

Версия для печати

Подписаться

поделиться

Подписка на рассылку новостей раздела

Алтайский государственный университет https://www.asu.ru/news/ Подписка добавлена

Вам отправлено письмо для подтверждения адреса. Ошибка подписки

Октябрь 2022

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
					1	2
3	4	5	6	7	8	9
10	11	12	13	14	15	16
17	18	19	20	21	22	23
24	25	26	27	28	29	30
31

Что такое поток электронов? (с изображением)

`;

Наука

Факт проверен

Ли Джонсон

Дата последнего изменения: 17 октября 2022 г.

Поток электронов — это электрический ток, то же самое, что питает такие устройства, как мобильные телефоны, фонари и компьютеры. Электроны — это отрицательно заряженные частицы, которые существуют внутри атомов. Электромагнитная сила отвечает за поток электронов, и это одна из четырех фундаментальных сил, идентифицированных физиками. Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) являются двумя основными типами потока электронов, которые существуют и питают электронные устройства. Ток электрической цепи измеряется в амперах, которые часто сокращаются до ампер и могут быть разделены на миллиампер.

Большинство людей в современном мире используют поток электронов каждый день. Любой электрический ток, который используется для питания множества устройств, на которые полагаются люди, является результатом движения электронов из одного места в другое. Электроны вращаются вокруг ядра каждого атома, как планеты вокруг звезды, и имеют отрицательный заряд. Электрические токи посылают электроны от отрицательного источника по цепи к положительному выводу. Металлы особенно хорошо проводят электрический ток, потому что их твердая структура обеспечивает свободный поток электронов через них.

Электромагнетизм — это сила, вызывающая поток электронов, и это союз электричества и магнетизма. Это потому, что на самом деле они представляют собой одну и ту же силу, которая заставляет частицы с противоположными зарядами притягиваться друг к другу, а частицы с совпадающими зарядами отталкиваться друг от друга. Та же самая сила, которая заставляет северный конец магнита притягиваться к южному концу другого магнита, вызывает электричество. Два полюса имеют противоположные электромагнитные заряды, которые сгруппированы электронами и протонами. Сила, которая притягивает два противоположных конца вместе, называется электромагнитной силой.

Два основных типа потока электронов используются для питания большинства электрических устройств. Первый тип — постоянный ток, представляющий собой основную линию электронов, в которой заряд движется в одном направлении. Батареи обеспечивают этот тип тока, при котором электроны движутся от положительного к отрицательному полюсу. Наоборот, AC, когда электроны текут от отрицательного к положительному и от положительного к отрицательному. Розетки в большинстве домов используют переменный ток.

Ампер (или ампер) — стандартная единица измерения потока электронов. Один ампер эквивалентен одному кулону в секунду, при этом кулон является мерой потока электрического заряда. Большинство устройств используют ампер, чтобы указать, сколько электричества требуется для их работы, но другим нужны меньшие формы измерения. Миллиампер — это меньшая единица измерения, которую можно использовать в слаботочных устройствах, эквивалентная тысячной части ампера.

Вам также может понравиться

Рекомендуется

КАК ПОКАЗАНО НА:

Статья об электрон+поток из The Free Dictionary

Электрон+поток | Статья о электрон+поток от The Free Dictionary

Электрон+поток | Статья про электрон+поток от The Free Dictionary

---

Слово, не найденное в Словаре и Энциклопедии.