Czym jest prąd elektryczny? W prostych słowach.

Z prądu elektrycznego korzystamy na co dzień – zapalając światło, korzystając z płyty indukcyjnej i żelazka i dobrodziejstw silnika elektrycznego. Wiele osób zadaje sobie pytanie: czym tak właściwie jest prąd elektryczny?

Prąd elektryczny to ukierunkowany przepływ cząstek z ładunkiem elektrycznym w przewodnikach np. elektronów w metalu. Prąd elektryczny jest wywołany przez różnicę potencjału zwaną napięciem.

Wszystko jasne? Ok, w takim razie w tym artykule wytłumaczę Wam czym jest prąd elektryczny. W prostych słowach!

Na czym polega zjawisko prądu elektrycznego?

W metalach, które są dobrymi przewodnikami, nośnikiem ujemnego ładunku elektrycznego są elektrony. To one umożliwiają przepływ prądu – niektóre z nich są w stanie się poruszać nawet w metalach. Jeżeli bardzo zastanawiasz się dlaczego – wiedz, że ostania powłoka atomów metali zwana walencyjną nie jest do końca wypełniona co umożliwia uzupełnianie jej lub opróżnianie czyli ruch elektronów pomiędzy atomami, o czy możesz przeczytać w artykule budowa atomu z elektrostatyki.

Kiedy prąd nie płynie przez metale, ich swobodne elektrony poruszają się chaotycznie, w sposób nieuporządkowany – posiadają dużą prędkość i na swojej drodze odbijają się od atomów. Ich ruch przypomina ruch cząsteczek gazu.

Podczas przepływu prądu elektrony nadal poruszają się chaotycznie ale dodatkowo działa na nie siła, która w rezultacie powoduje ich ukierunkowany przepływ (czasem obrazowo nazywany dryftem) w kierunku plusa. Co ciekawe, o czym autorzy większości podręczników zapominają prędkość ruchu chaotycznego elektronów jest normalnie dużo większa niż prędkość ich dryftu (ruchu ukierunkowanego). Dlatego, elektrony nie poruszają się w prosty sposób od plusa do minusa. Pojedyncze elektrony mogę poruszać się w dowolnym kierunku czasami mogą nawet chwilowo płynąć “pod prąd”. W ogólnym rozrachunku ruchy chaotyczne się balansują ale ta dodatkowa siła podczas przepływu prądu będzie powodowała, że cały strumień będzie przesuwał się w kierunku plusa (podczas gdy pojedyncze elektrony nadal będą poruszać się chaotycznie w obrębie przesuwającego się strumienia).

UWAGA: Z niewiadomych powodów, wiele polskich źródeł a nawet podręczników wprowadza trochę zamieszania określając chaotyczny ruch elektronów jako “uporządkowany” i aby trochę uprościć ilustruje go jako “grzeczny” przepływ od plusa do minusa. Określenie uporządkowany w definicji prądu elektrycznego jest trochę niefortunne ale odnosi się do ruchu ukierunkowanego.

W którą stronę płynie prąd?

Kierunek przepływu elektronów w metalach to od minusa do plusa, ponieważ elektrony mają ładunek ujemny a ładunki o przeciwnych znakach się przyciągają. Natomiast, umowny kierunek przepływu prądu elektrycznego to od plusa do minusa.

Dlaczego? Tak przepływ prądu wyobrażał sobie Benjamin Franklin, które nie wiedział o istnieniu elektronów i założył analogię wodną, w której woda przepływa z punktu wyższego (dodatniego) do niższego (ujemnego). I tak już zostało. Zresztą, nie tylko elektrony mogą być nośnikami ładunku elektrycznego…

Czy prąd może płynąć w innych ośrodkach niż metale?

Tak oczywiście, np. w elektrolitach, gazach czy przestrzeni kosmicznej. Prąd może płynąć także w innych ośrodkach niże metale a za jego przepływ w tych innych ośrodkach odpowiadają już inne cząstki. I tak w roztworach elektrolitów przepływają jony dodanie i ujemne. W gazach elektrony, jony dodatnie i ujemne.

CIEKWOSTKA

Zjawisko prądu elektrycznego występuje także powszechnie w przyrodzie: Nasze komórki nerwowe przetwarzają informacje w postaci sygnału elektrycznego. Błyski i grzmoty podczas burzy są wywołane przez przemieszanie się ładunków elektrycznych

Co powoduje przepływ prądu?

Przepływ prądu jest powodowany przez różnicę potencjału zwaną napięciem. Prostym przykładem źródła napięcia jest bateria. Ale co to jest różnica potencjału i dlaczego powoduje przepływ prądu? To już temat na kolejny ciekawy artykuł – zapraszam do jego lektury – Dlaczego płynie prąd? Zrozumieć napięcie elektryczne.