Меню

Как движется электрон при токе

Как работает электричество?

Возможно, современная жизнь настолько переплетена с электричеством, что все это воспринимается как должное. Люди включают лампы и другие электрические устройства, думая, что как только цепь подключена, один электрон прыгает от переключателя к лампе со скоростью света, и лампа включается. Они очень ошибаются.

Как работает электричество? Проще говоря, электричество — это результат цепочки электронов, движущихся на месте и толкающих другие электроны, сталкивая их со следующим. Однако распространено мнение, что электроны на самом деле перемещаются с одного места на другое и переносят электрический заряд. Чтобы понять это, следует сначала узнать о мифах об электричестве.

Скорость электронов

В примере с включением света задержки нет между щелчком выключателя и получением света от лампы. Некоторые люди считают, что электроны движутся со скоростью света, но это не подтверждается наукой.

Если электроны хотят двигаться по проводу, впереди у них есть миллиарды препятствий: другие атомы и электроны. Например, медная проволока — это цепочка атомов меди, сидящих на месте и не очень сильно перемещающихся. Некоторые электроны вокруг каждого атома могут свободно перемещаться и перепрыгивать с одного атома на другой. Эти электроны создают электрический ток. Когда батарея вставляется в цепь или включается лампа, электрон движется вперед, но сразу же попадает в следующий атом и отклоняется. Это происходит постоянно, поэтому электрон не может легко двигаться вперед. Таким образом, скорость электрона в типичном домашнем проводе составляет менее одной десятой миллиметра в секунду. Другими словами, электрону требуется десять секунд, чтобы сдвинуться на один миллиметр.

В простом 15 сантиметровом фонарике электрон должен пройти 30 сантиметров, чтобы совершить полный кругооборот. Это займет 50 минут. В обычной комнате электрон должен пройти около десяти метров, а это займет 28 часов. Тем не менее электрические приборы срабатывают немедленно.

Как создается ток

В батарее ток создается движением электронов к проводу. Однако, как объяснялось в предыдущем разделе, электроны не могут быстро двигаться из-за всех атомов провода.

Когда электрон движется вне батареи, он попадает в другой свободный электрон в проводе. Вновь попавший электрон движется вперед и натыкается на следующий электрон, и так далее. Таким образом, ток является результатом того, что электроны движутся на месте и бьют своих соседей. Это означает, что все электроны в проволоке остаются там, где они были, и ни один электрон в действительности не выбрасывается из цепочки.

Итак, почему цепи работают так быстро? Пример поможет легко ответить. Если поезд со 100 вагонами и локомотив сзади начинает движение, ему требуется много времени, чтобы добраться до места, где находится первый вагон. Однако первый вагон трогается с места почти сразу же, как и двигатель, потому что толчок от двигателя передается через все вагоны на первый. То же самое происходит и в цепи с электронами.

Электричество в батарее отличается от электричества в доме. Батарея всегда выталкивает электроны из отрицательной стороны. Но в доме электричество толкает и оттягивает назад снова и снова. В Соединенных Штатах электричество выталкивается и втягивается в дом 60 раз в секунду. В Европе это происходит 50 раз в секунду. Другие страны используют один из этих стандартов.

Независимо от типа электричества — электроны не бегают по проводам и цепям. Они просто посылают энергию движения первому электрону в электроне, и возникает ток.

Источник



Как движется электрон при токе

Сразу бросилось в глаза, что автор новой теории путает, например, скорость конкретного электрона в цепи и скорость распространения тока. При этом он вводит некие новые «энергетические частицы магнита», которые не обнаруживает современная наука и которые движутся вместо электронов. Но признаки существования электрона хотябы обнаруживаются на ускорителях, а новые частицы это непонятно что (не забывайте про бритву Оккама). Все это напоминает размышления дилетанта в стиле «а что если?».

Пытаясь ответить на заголовок темы — электрический ток довольно неплохо описывается движением заряженных частиц. Даже если в своей глубинной сути это не так, в данный момент исторического развития текущее представление об электричестве позволило создать огромное количество технических приборов, которые всем вам хорошо знакомы.

Для аналогии — природа гравитации точно неизвестна ученым, но это не помешало ввести понятие массы, рассчитывать движение планет, запускать ракеты и так далее.

В какую сторону движутся электроны при переменном токе?
Два отверстия обычной электрической розетки в комнате. Разогнанные на электростанциях отрицательные электроны, подошли к одному отверстию розетки и выжидают пока Вы соедините оба отверстия вилкой настольной лампы или утюга
Читайте также:  Угол сдвига фаз переменного тока это

Ламповые диоды представляют собой радиолампу с двумя рабочими электродами, один из которых подогревается нитью накала. Благодаря этому, часть электронов покидает поверхность разогретого электрода (катода) и под действием электрического поля движется к другому электроду — аноду. Если же поле направлено в противоположную сторону, электрическое поле препятствует этим электронам и тока (практически) нет.
http://kmv-max.narod.ru/diod.files/image311.gifhttp://www.mirradio.info/uploads/pos. 22644_78-2.gif

так что про диод написана явная ложь

«В какую сторону движутся электроны при переменном токе?
Два отверстия обычной электрической розетки в комнате. Разогнанные на электростанциях отрицательные электроны, подошли к одному отверстию розетки и выжидают пока Вы соедините оба отверстия вилкой настольной лампы или утюга»

Большего бреда в жизни не читал! :sm246:
Автор сего бреда своего больного мозга видимо позабыл, что значит «переменный ток».
При переменном токе никакие электроны с электростанции до вас не дойдут, электростанции создают разность потенциалов, знак которой постоянно меняется с частотой 50 гц. А работу электроны совершают под действием этого электрического поля, колеблясь туда-сюда в проводнике, причём скорость электронов в металле много меньше скорости света, а вот скорость поля — равна скорости света. Поэтому переменный ток в чём-то схож с принципом радиосвязи — под воздействием поля электроны в проводниках возбуждаются и начинают колебаться (двигаться туда и обратно в проводниках), совершая тем самым полезную работу.

«В какую сторону движутся электроны при переменном токе?
Два отверстия обычной электрической розетки в комнате. Разогнанные на электростанциях отрицательные электроны, подошли к одному отверстию розетки и выжидают пока Вы соедините оба отверстия вилкой настольной лампы или утюга»

Большего бреда в жизни не читал! :sm246:
Автор сего бреда своего больного мозга видимо позабыл, что значит «переменный ток».
При переменном токе никакие электроны с электростанции до вас не дойдут, электростанции создают разность потенциалов, знак которой постоянно меняется с частотой 50 гц. А работу электроны совершают под действием этого электрического поля, колеблясь туда-сюда в проводнике, причём скорость электронов в металле много меньше скорости света, а вот скорость поля — равна скорости света. Поэтому переменный ток в чём-то схож с принципом радиосвязи — под воздействием поля электроны в проводниках возбуждаются и начинают колебаться (двигаться туда и обратно в проводниках), совершая тем самым полезную работу.

А как же распространяется постоянный ток? И как разность потенциалов на электростанции заставляет колебаться электроны, находящиеся в сотнях и тысячах километров от неё?

Насколько мне известно существует две теории тока (кто знает больше пусть поправит). По первой в проводнике существуют свободные электроны, которые под действием электромагнитного (или какого-то другого) поля (или под действием других сил) перемещаются вдоль проводника. Во второй током называются колебательные движения электронов, находящихся на наиболее высокой орбите атомов (или групп атомов). Если следовать первой теории, то надо согласиться, что существует некий неисчерпаемый источник электронов и где-то находится приёмник электронов громадной ёмкости. Кроме того, надо согласиться с тем, что по неизвестной причине возникает сила, перемещающая электроны на большие расстояния. Если сравнить эл.ток с течением реки, то частицы воды в реке перемещаются вдоль реки из-за перепада высот между истоком и устьем реки, т.е приводными силами служат силы, не имеющие отношения к воде. Если подобрать правильную аналогию для разности потенциалов, приводящей в движение электрический ток, то может сложиться более или менее правдоподобное описание первой теории. То объяснение (для разности потенциалов), которое даётся в учебниках физики никуда не годится, т.к оно объясняет эту разность через работу — т.е. даёт меру, а не поясняет природу.

Вторая теория могла бы быть правдоподобной, если бы электронные орбиты могли вытягиваться таким образом, чтобы своим полем воздействовать на электроны других атомов. Напомню, что мы не знаем природу полей. При этом внешнее поле должно иметь переменный и продольный по отношению к проводнику характер. Однако, известно (опять же из учебников физики), что электрическое поле имеет поперечный вид (действует между противоположно заряженными частицами, которых в проводнике не существует), а магнитное поле всегда вихревое (т.е. не имеет начала и конца). То есть ни электрическое ни магнитное поля не могут привести к продольным колебаниям электронов. Кроме того, орбиты электронов должны вытягиваться на неправдоподобно большие расстояния, т.к. расстояния между молекулами (и атомами внутри молекул) очень большие.

Читайте также:  Как настроить ток покоя транзистора

Напомню, что Максвелл считал электрическим током любое явление, которое сопровождается появлением магнитного поля. Он же ввёл понятие «ток смещения в вакууме», т.е. там, где никаких электронов вообще нет.

Работает на vBulletin® версия 3.7.3.
Copyright ©2000 — 2021, Jelsoft Enterprises Ltd.
Перевод: zCarot

Источник

Движение электронов в электрическом и магнитном полях

Управление движением свободных электронов в большинстве электронных приборов осуществляется с помощью электрических или магнитных полей. В чем состоит сущность этих явлений?

Электрон в электрическом поле. Взаимодействие движущихся электронов с электрическим полем – основной процесс, происходящий в большинстве электронных приборов.

Наиболее простым случаем является движение электрона в однородном электрическом поле, т.е. в поле, напряженность которого одинакова в любой точке, как по величине, так и по направлению. На рисунке показано однородное электрическое поле, созданное между двумя параллельными пластинами достаточно большой протяженности, чтобы пренебречь искривлением поля у краев. На электрон, как и на любой заряд, помещенный в электрическое поле с напряженностью Е, действует сила, равная произведению величины заряда на напряженность поля в месте нахождения заряда,

Знак минус показывает, что вследствие отрицательного заряда электрона сила имеет направление, противоположное направлению вектора напряженности электрического поля. Под действием силы F электрон двигается навстречу электрическому полю, т.е. перемещается в сторону точек с более высоким потенциалом. Поэтому поле в данном случае является ускоряющим.

Работа, затраченная электрическим полем на перемещение заряда из одной точки в другую, равна произведению величины заряда на разность потенциалов между этими точками, т.е. для электрона

где U— разность потенциалов между точками 1 и 2. Эта работа затрачивается на сообщение электрону кинетической энергии

где V и V — скорости электрона в точках 2 и 1. приравнивая равенства (1.12) и (1.13), получаем

Если начальная скорость электрона V = 0, то

Отсюда можно определить скорость электрона в электрическом поле при разности потенциалов U:

Таким образом, скорость, приобретенная электроном при движении в ускоряющем поле, зависит только от пройденной разности потенциалов. Из формулы (1.17) видно, что скорости электронов, даже при сравнительно небольшой разности потенциалов, получаются значительными. Например, при U = 100 В получаем V = 6000 км/с. При такой большой скорости электронов все процессы в приборах, связанные с движением электронов, протекают очень быстро. Например, время, необходимое для пролета электронов между электродами в электронной лампе, составляет доли микросекунды. Именно поэтому работа большинства электронных приборов может считаться практически безинерционной.

Рассмотрим теперь движение электрона, у которого начальная скорость Vo направлена против силы F, действующей на электрон со стороны поля (Рис. 1.8, б). В этом случае электрическое поле является для электрона тормозящим. Скорость движения электрона и его кинетическая энергия в тормозящем поле уменьшаются, так как в данном случае работа совершается не силами поля, а самим электроном, который за счет своей энергии преодолевает сопротивление сил поля. Энергия, теряемая электроном, переходит к полю. Действительно, поскольку движение электрона в тормозящем поле означает его перемещение в направлении отрицательного полюса источника поля, то при приближении электрона к последнему суммарный отрицательный заряд увеличивается и соответственно увеличивается энергия поля. В тот момент, когда электрон полностью израсходует свою кинетическую энергию, его скорость окажется равной нулю, и затем электрон начнет движение в обратном направлении. Движение его в обратном направлении является не чем иным, как рассмотренным выше движением без начальной скорости в ускоряющем поле. При таком движении электрона поле возвращает ему ту энергию, которую он потерял при своем замедленном движении.

В рассмотренных выше случаях направление скорости движения электрона было параллельным направлению электрических силовых линий поля. Такое электрическое поле называется продольным.Поле, направленное перпендикулярно вектору начальной скорости электрона, называется поперечным.

Рассмотрим вариант, когда электрон влетает в электрическое поле с некоторой начальной скоростью Vo и под прямым углом к направлению электрических силовых линий (рис. 1.8, в). Поле действует на электрон с постоянной силой, определяемой по формуле (1.11) и направленной в сторону более высокого положительного потенциала. Под действием этой силы электрон приобретает скорость V1, направленную навстречу полю. В результате электрон совершает одновременно два взаимно перпендикулярных движения: прямолинейное равномерное по инерции со скоростью V и прямолинейно

равномерно ускоренное со скоростью V1. Под влиянием этих двух взаимно перпендикулярных скоростей электрон будет двигаться по траектории, представляющей собой параболу. После выхода из электрического поля электрон будет двигаться по инерции прямолинейно.

Читайте также:  Выражение для теплового тока

Электрон в магнитном поле.Влияние магнитного поля на движущийся электрон можно рассматривать как действие этого поля как на проводник с током. Движение электрона с зарядом е и скоростью V эквивалентно току i, проходящему через элементарный отрезок проводника длиной Δl.

Согласно основным законам электромагнетизма сила, действующая в магнитном поле на провод длиной Δl с током i равна

F = BiΔlsinα. (1.20)

где В- магнитная индукция; αугол между направлением тока и магнитной силовой линией поля.

Используя соотношение (1.18), получим новое выражение, характеризующее силу воздействия магнитного поля на движущийся в нем электрон,

F = BeVsinα.(1.21)

Из этого выражения видно, что электрон, движущийся вдоль силовых линий магнитного поля (α = 0), не испытывает никакого воздействия поля (F = BeVsin0=0)и продолжает перемещаться с заданной ему скоростью.

Если вектор начальной скорости электрона перпендикулярен вектору магнитной индукции, т.е. α = 90, то сила, действующая на электрон,

F = BeV.(1.22)

Направление этой силы определяется по правилу левой руки. Сила F всегда перпендикулярна направлению мгновенной скорости V электрона и направлению магнитных силовых линий поля. В соответствии со вторым законом Ньютона эта сила сообщает электрону с массой me ускорение, равное . Поскольку ускорение перпендикулярно скорости V, то электрон под действием этого нормального (центростремительного) ускорения будет двигаться по окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной к силовым линия поля.

В общем случае начальная скорость электрона может быть неперпендикулярна к магнитной индукции. В данном случае траекторию движения электрона определяют две составляющие начальной скорости:

нормальная V1 и касательная V2, первая из которых направлена перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, а вторая параллельно им. Под действием нормальной составляющей электрон движется по окружности, а под действие касательной – перемещается вдоль силовых линий поля рис. 1.9.

В результате одновременного действия обеих составляющих траектория движения электрона принимает вид спирали. Рассмотренная возможность изменения траектории движения электрона с помощью магнитного поля используется для фокусировки и управления электронным потоком в электронно-лучевых трубках и других приборах.

Источник

Движение электронов

Всем доброго времени суток!

Недавно возник небольшой вопрос, про движения электронов при постоянном и переменном токе.

Понимаю, что при постоянном происходит движение электронов не хаотичное, а от минуса к плюсу.

При переменном наоборот, хаотичное, и направление периодически меняется.

Может кто понятно объяснить почему именно так? Хочется понять для себя)

Дубликаты не найдены

Унас в проводах грубо говоря домашниеи электроны, а меняется направление поля. Хотя, как говорят, истинная природа электрического тока до сих пор до конца не ясна.

просто магия, как говорил у нас на кафедре д.т.н. лаурят гос.премии — темные электронные силы

А жаль, хотелось бы узнать побольше)

Электроны в металле двигаются под воздействием электрического поля (ЭП). Если внешнего поля нет, движение хаотичное, его макроскопическое среднее равно нулю — тока нет.

Приложили внешнее поле — электроны начинают равноускоренно двигаться. Правда, им мешает кристаллическая решетка и тепловое движение (как свое, так и других электронов), поэтому по сути потенциально максимальной скорости для данного поля они не достигают, тратя часть энергии на нагрев решетки (man закон Джоуля-Ленца). Стоит еще заметить, что мало того, что ЭП в вакууме передается со скоростью, равной скорости света, так в металлах эта скорость еще меньше за счет влияния кристаллической решетки и электронного газа. Поэтому если мы захотим увеличивать частоту изменения внешнего ЭП, на некоторой частоте (зависящей от длины проводника и его свойств) электроны попросту перестанут реагировать и будут лишь испытывать колебания в небольшой окрестности, вытесняя электрическое поле к внешним слоям проводника. Ну и не нужно забывать о всяких квантовых эффектах, которые происходят при экстремальных условиях.

Если же вернуться к нашим баранам и учесть, что переменным током обзывают обычные для «розетки» 50Гц, то длина волны таких колебаний — около 6000км, т.е. для «комнатных условий» можно сказать, что колебания в проводнике распространяются «мгновенно» и никаких волновых свойств нам учитывать не нужно. Т.е. под воздействием постоянного поля электроны плавно «разбегаются» от минусового контакта к плюсовому, а под воздействием переменного — делают то же самое, но с учетом того, что в каждый момент времени амплитуда поля изменяется, да и направление его тоже меняется 50 раз в секунду. И, естественно, на это вынужденное коллинеарное движение накладывается тепловое движение, скорость которого зависит от температуры проводника и распределена по небезызвестному закону Максвелла.

Источник