Proudí elektrony ve skutečnosti při připojení napětí?

Přemýšlení o proudu z hlediska pohybujících se elektronů je zahájit cestu ke špatnému mentálnímu modelu fungování elektřiny. Zde je jen pár věcí, které s tím nejsou v pořádku:

• Elektrony jsou jen jedním z mnoha nosičů nábojů. Jakýkoli iont je také nosičem náboje.

• Protony, které vyvažují elektrony, jsou stejně důležité. Pokud byste měli jen elektrony, pak by všechny elektrony ve vesmíru byly navzájem odpuzovány a vystřeleny do vesmíru.

• Elektrony mají záporný náboj a budete se plést bez jakéhokoli dobrého důvodu přemýšlení o tom, jak plynou z negativního do pozitivního. Ve skutečnosti na tom vůbec nezáleží.

• Elektrony se ve skutečnosti neustále hemží všemi náhodnými směry a jejich pohyb v důsledku proudu je ve srovnání s nimi nepatrný.

Důležité je toto: nosiče náboje (jedním z nich jsou elektrony) lze použít k přenosu elektromotorické síly (obvykle se nazývá jen napětí). Toto je opravdu docela běžný koncept. Můžete tlačit na jeden konec tyče a přenášet mechanickou sílu na druhý konec tyče. Hýbe se tyč, kdy to uděláte? No, možná, ale dějí se tu dvě věci:

1. síla se přenáší prutem, protože vlny se šíří rychlostí zvuku v tomto materiálu
2. právě tehdy, když také přenáší energii, tyč se pohybuje, ve většině případů mnohem pomalejší rychlostí

Rozdíl je u tyče zřejmý, ale protože nevidíme elektrický náboj, rozdíl není zřejmý .

Takže vaše otázka zněla: Proudí elektrony skutečně w slepice je aplikováno napětí? Přesně řečeno, odpověď je možná a záleží na tom, co máte na mysli pod tokem . Je to podobné jako s otázkou, pohybuje se lano, když ho táhnete? No, pokud je připojeno k balónu, mohlo by se hodně hýbat. Pokud je připojen ke cihlové zdi, nemusí se vůbec pohnout.

Pohyb nosičů náboje (například elektronů) je aktuální . Pokud máme proud, pak dochází k síťovému pohybu nosičů náboje. Opravdu se hemží všude, stejně jako jednotlivé molekuly vody se hemží kolem v trubce, i když není žádný čistý tok. Proud popisuje průměrný pohyb. V případě stejnosměrného proudu je průměrný pohyb v kruhu.

Jak jednotlivé nosiče náboje interagují, aby toho dosáhly, je komplikované a je to opravdu otázka fyziky, nikoli otázka elektroniky. Navrhuji, abyste si prohlédli tento výukový program MIT pro pole .

Komentáře

• Ale afaik se hromada elektronů rozletí, nebude se spolu mazlit v kouli.
• @WoutervanOoijen ano, myslím, že máš pravdu 🙂 V každém případě by to byl úplně jiný svět!
• 90% všeho, co jsem četl, je prostě špatně, pokud jde o pohybující se elektrony a uvolněné elektrony.

Elektrony se fyzicky pohybují, když je připojeno napětí – extrémně pomalu .

Obvod napájený 100 V ss, napájející zátěž 1 A (jako žárovka) přes měděný drát o průměru 2 mm, uvidí elektrony pohybující se rychlostí:

\ $ \ dfrac {I} { Q \ cdot e \ cdot R ^ 2 \ cdot \ pi} \ $

kde

• Q je počet elektronů na kubický centimetr mědi (zhruba \ $ 8.5 \ krát 10 ^ {22} \ $)
• R je poloměr drátu
• e je náboj na elektron (zhruba \ $ 1,6 \ krát 10 ^ {- 19} \ $ coulombs)

Funguje to na 8,4 cm / hodinu . Ne úplně rychle.

Klíčem je skutečnost, že závodí energie obvodem téměř okamžitě – ne samotné elektrony. (Elektrony vytvářejí pohodlnou „dálnici“, která umožňuje rychlý tok energie.)

Je škoda, že pomalý drift elektronů pod napětím skončil se stejným názvem jako tok energie, který ve skutečnosti funguje v obvodu.

Komentáře

• Bez tohoto pomalého driftu elektronů neexistuje žádný proud, takže můžeme ‚ Nemají tok energie. Tok energie se nazývá síla a jak víme, \ $ P = IE \ $. Pokud \ $ I = 0 \ $, pak nemůže existovat žádný tok energie. Takže možná mají jen polovinu stejné jméno 🙂
• Dost pravda. Nezapomínejme, že v AC se jen vrtí a ne ‚ skutečně cirkulují samy o sobě.
• Q = 8,5 × 10 ^ 22 elektronů / cm ^ 3 je celkový počet elektronů na objem Cu. Pouze zlomek těchto elektronů jsou volné elektrony, které se účastní vedení ( en.wikipedia.org/wiki/Free_electron_model ). Takže tento vzorec je špatně.
• @Curd vaše číslo je špatné, kde jste to vzali? > “ Q = 8,5 × 10 ^ 22 Elektronů / cm ^ 3 je celkem počet elektronů na objem Cu. “ Ne, celkový počet elektronů / cm ^ 3 pro měď je 2,46×10 ^ 24. Pokud tedy každý atom přispívá do kovu ‚ s elektron-moře jen jedním mobilním elektronem, pak hustota volných elektronů = 2,46e24 / N, kde N = 29 pro měď. Jejich výše uvedená rovnice je správná. Podívejte se na stejný výpočet ve fyzice Halliday / Resnick nebo wikipedia, Drift_velocity
• @wbeaty: jo, máte pravdu (nemám id = „b258061daa“>

Mluvíme zde o kovech. Typický předmět z kovu se skládá z molekul. Skládá se z atomů kovu, které jsou seskupeny dohromady. To je znázorněno na následujícím obrázku:

Červené kruhy jsou elektrony. Jak vidíte, „nemůžete skutečně říct, kterému atomu elektron patří“.Tyto elektrony tvoří spojení mezi atomy – patří tedy ke dvěma atomům.

Nyní, když začne protékat proud, se tyto elektrony skutečně pohybují. Když protéká proud, energie se přenáší. Protože se atomy nemohou snadno pohybovat, elektrony se musí pohybovat.

Vidíte to také v jednotce Ampér proudu: 1 ampér se rovná 1 Coulomb za sekundu. Coulomb (C) je jednotka náboje (Q). 1 Ampér znamená 1 Coulomb náboje projde určitým bodem za 1 sekundu. Tento náboj je produkován elektrony, které skutečně proudí z objektu jeden do objektu dva.

Když jsme mluvíme-li o stejnosměrném proudu (například normální aplikace napájená z baterie), tyto elektrony se nevrátí ke svému zdroji. Zvažte tento obvod:

Na začátku je rozdíl v poplatcích mezi záporným a kladným pól: záporný pól má přebytek elektronů. To vytváří sílu (napětí), a protože mezi dvěma póly (vodičem a žárovkou) existuje spojení, elektrony začnou proudit. Elektrony se pohybují od záporného pólu přes žárovku k kladnému pólu, dokud již není žádný rozdíl v náboji (nebo není tak malý, že nezpůsobí tok proudu).

Nyní vidíte, že se tyto elektrony nevrátily ke svému zdroji: začaly u záporného pólu a skončily u kladného pólu.

Říkáme tomu uzavřená cesta, protože tam “ sa kruh: proud začíná u baterie a končí u baterie. Existuje zmatek, protože baterie ve skutečnosti existuje ze dvou objektů: kladného a záporného pólu.

Podívejte se na tento obvod (který je v zásadě stejný, ale s kondenzátorem místo baterie a rezistorem místo žárovky):

Proud teče z pravé strany kondenzátoru (záporně nabitý, přebytek elektronů) ) přes rezistor na levou stranu kondenzátoru (kladně nabitý, nedostatek elektronů). Zde jsou desky kondenzátoru oddělené, takže můžete snadno vidět, že ve skutečnosti není uzavřená cesta.

Říkáme tomu jen uzavřená cesta, protože proud začíná a končí na kondenzátoru.

Jelikož se elektrony opravdu nemusí vracet na svou základnu, můžete nyní pochopit, že elektrony mohou proudit také do Země. To se také děje s blesky. Elektrony proudí z mraků na Zemi (nebo naopak, já bych to nevěděl), jen aby neutralizoval rozdíl v náboji.

Komentáře

• Pokud jde o blesk: Oba směry. “ V průměru na celém světě tvoří negativní blesky drtivou většinu, přibližně 90 procent všech úderů. … Mimochodem, pozitivní blesky jsou považovány za nejnebezpečnější, protože mohou produkovat velmi velké proudy, až 300 000 ampérů! “ ( zdroj )
• Líbí se mi vaše energie @Camil (zamýšlená slovní hříčka), ale měli byste si být vědomi toho, že s touto odpovědí je řada jemných nepřesností. Zmatek není v tom, že baterie má dva póly, zmatek je v tom, že obvody nepopisují pohyb žádného elektronu – popisují agregované chování a přenos energie … vaše odpověď pokračuje ve vytváření stejných zmatených předpokladů, které vedly OP k položení otázky. Buď diskutujte abstraktně, v takovém případě se musí proud vrátit ke zdroji – nebo – diskutujte o fyzice s elektrony a jejich přístupem k jakékoli ekvipotenciální povrchové úpravě.
• p.s. – Nehlasoval jsem. Pouze pro případ, že by to udělal někdo jiný. – “ ne já! „;)
• Za zmínku stojí také to, že i když elektrony necestují prostřednictvím baterií aktuální ano. Proto musí baterie obsahovat elektrolyt a funguje to přesně proto, že elektrony nemohou ‚ procházet, ale kladné ionty ano. Kladné ionty, které se pohybují v opačném směru elektronů, zabraňují elektronům pohybujícím se v obvodu ve vytváření rovnováhy, dokud není vyčerpána chemická energie. I když se ionty a elektrony pohybují v opačných směrech, mají opačné náboje a společně vytvářejí úplný proudový proud v jednom směru.
• @CamilStaps, každý elektron bude mít libovolnou cestu kdekoli to bude možné. Pravděpodobně většinu tohoto pohybu lze připsat tepelnému šumu, a nikoli elektrickému stroji, jehož součástí je náhodou. Pouze pokud vezmete průměrný pohyb mnoha (více než miliard) elektronů, všimnete si, že se pohybují jedním směrem více než jiným. Obvody ‚ nepopisují tok elektronů: popisují tok proudu.