Меню

Возникновения электрического тока электроны двигаются прямолинейно

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



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.

Читайте также:  Напряжение физическая величина равная отношению работы тока

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

Возникновения электрического тока электроны двигаются прямолинейно

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

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»

Читайте также:  Расчет токов короткого замыкания для сип

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.

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

Электрический ток

Строение атома

Думаю, вы все в курсе, что абсолютно все вещества состоят из маленьких крупинок – атомов. В свою очередь атом состоит из ядра и электронов. В каких-то веществах электронов может быть очень много, а в каких-то всего один (атом водорода).

строение атома

Давайте поиграем в ассоциации. Пусть ядро – это пастух, а электроны – овцы.

Этих пастухов в веществах миллиарды, и у каждого пастуха есть свои овцы. В каком-то веществе на пастуха приходится одна овца, а в каких-то веществах даже по двести с лишним овец! Например, водород имеет лишь один электрон, тогда как металлы имеют множество электронов.

Если вы когда-нибудь пастушили коров, коз или овец, то, наверное, в курсе, что чем дальше от пастуха этот рогатый скот, тем больше он может наворотить дел, так как пастух не успевает усмотреть за всеми овцами. Некоторые овцы умудряются убегать из стада, бежать на пашню или в огороды и лакомится там различными вкусняшками.

Свободные электроны

То есть эти овцы, которые дальше всех находятся от пастуха, более свободны, чем те, которые находятся рядом с пастухом. Назовем их просто свободными. По аналогии с электричеством – свободные электроны. Такими “овцами” в металлах мы будет называть свободные электроны, которые находятся дальше всех от пастуха (ядра). Чем дальше электрон от ядра, тем меньше он зависим от ядра. То есть он отрывается от ядра и стает абсолютно свободным.

Читайте также:  Простейшие цепи переменного тока векторные диаграммы

свободные электроны

Электрический ток

Как я уже сказал, этих пастухов с овцами в веществах миллиарды. Следовательно, овец, которые находятся очень далеко от пастуха, еще больше. И вот эти самые овцы гуляют подальше от пастухов и в любой момент могут дать дёру.

Теперь представьте такую ситуацию. Где-то недалеко от этих пастухов находится большое колхозное поле со свежей капустой. И как только свободные овцы это дело просекли (“а почему бы нам не сБЕ-БЕ-БЕжать и полакомиться капустой?”), сразу же всей толпой двинулись “покорять” это поле!

стадо овец

В результате возник поток овец, которые движутся в одну сторону.

Все те же самые процессы происходят и в металле. Как только все свободные электроны начнут двигаться в одном направлении, возникнет электрический ток:

электрический ток

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, чаще всего электронов, в одном направлении. По аналогии с гидравликой, электроны – это молекулы воды. Электрический ток – поток воды. Думаю, этого пока будет достаточно. Одними словами сыт не будешь, поэтому давайте нарисуем рисунок, чтобы порадовать глаза:

В данный момент шланг валяется где-нибудь в огороде и в нем осталась вода. Шланг никуда не подключен, то есть молекулы воды в шланге находятся в неподвижном состоянии.

По аналогии с электроникой, медный проводок лежит на столе и никуда не подключен.

Но вот настал вечер. Надо полить помидоры и огурцы, иначе к зиме останетесь без закуски. Как только мы открываем кран, вода в шланге начинает движуху:

Теперь вопрос на засыпку: почему когда мы открыли краник, вода побежала по шлангу? Создалось давление… молекулы что левее стали давить на молекулы что правее и движуха началась. Но кто толкал те молекулы, которые толкали молекулы? Это либо насос, либо вода в водобашне под воздействием гравитационной силы Земли.

В электронике электроны толкает так называемая ЭДС. В любой электрической схеме есть тот самый “насос”, который толкает электроны по проводкам и радиоэлементам. Он может находится в самой схеме, либо подключаться в схему извне. Как только электроны начинают движуху в проводке в одном направлении, то можно уже сказать, что в проводке стал течь электрический ток.

Условия для возникновения электрического тока

От какого слова образуется слово “ток”. Я думаю, от слова поТОК. Поток воды, поток энергии, поток света и тд, а поток электронов в проводке называется просто “электрическим током”. Значит, заставляя “течь” электроны, мы тем самым создаем электрический ток!

Теперь снова надуйте свои пухленькие щечки и пытайтесь создать внутри полости рта очень высокое давление. Что у нас произойдет? Ваши губки не выдержат и поток воздуха устремится изо рта в окружающее пространство. То есть вы создали в полости рта высокое давление, которое устремилось в область низкого давления, то есть наружу. Почти схожим образом вы создаете “ветер” из пукана, напрягая свой животик :-).

Ладно, давайте обобщим, все что мы тут пописали. ЭДС создает движение электронов по проводку. Для того, чтобы было движение, электроны должны куда-то направляться, желательно обратно к ЭДС источнику. В идеале, должно быть как-то так:

Как вы видите, труба у нас выходит из насосной станции и входит в насосную станцию. То есть контур трубы получается замкнутым. Пока работает насосная станция, у нас есть движуха воды. Как только насосная станция сломается, то движение воды прекратится. Также немаловажно чтобы труба не была тонкая в диаметре, иначе ее порвет, если насосная станция будет большой мощности.

Итак, какие условия должны соблюдаться, чтобы у нас получился нескончаемый поток овец?

  • у нас должно быть много свободных овец
  • мы должны направить этих свободных овец в одну сторону, то есть должны их как-то заманить.
  • сделать так, чтобы поток овец и гектары капусты никогда не заканчивались

Если перефразировать эти фразы на электрический ток, то получается:

  • у нас в веществе должно быть множество свободных электронов
  • мы должны заставить электроны двигаться в одном направлении
  • сделать так, чтобы сила, толкающая электроны в одном направлении никогда не иссякала

Источник