A könyvekben azt mondják, hogy az áramkör zárt út, és így az elektronok visszatérnek a forráshoz. Ha ez a helyzet, akkor mi lenne akkor fordulnak elő, amikor áramköri hiba történt? Hogyan térnének vissza az elektronok a forrásukhoz?
Az elektronok valóban kimozdulnak az atomjaikból, vagy csak akkor rezegnek és továbbítják az energiát, amikor feszültséget adunk?
Megjegyzések
- A válaszomban többet tárgyaltam, de az áramkörök elvont fogalom. Az ” elektronok absztraktban visszatérnek a forráshoz “, ami azt jelenti, hogy el kell érniük a referenciapotenciált. Például egy földelt akkumulátor és a Föld: a mobil töltések elérhetik a Földet vagy az akkumulátor negatívak lehetnek, de mivel azonos potenciálban vannak, hatékonyan kapcsolódnak.
- Amikor földhiba van, a az elektronok a földhibán, a földkapcsolaton keresztül mozognak vissza a forráshoz. Ha nem lenne földkapcsolat, akkor áram sem lenne, még földzavar esetén is. A teljesen elszigetelt áramkör biztonságosabb lenne, de ez egy másik kérdés.
- Kapcsolódó: electronics.stackexchange.com/questions/233851/…
- Kapcsolódó: electronics.stackexchange.com/questions/243060/…
Válasz
Ha az áramra gondolunk a mozgó elektronok tekintetében, akkor indítson el egy utat egy rossz szellemi modell felé, hogy hogyan működik az elektromosság. Itt csak néhány dolog van rosszul:
-
Az elektronok egyike a sok töltéshordozónak. Bármely ion töltéshordozó is.
-
Az elektronokat kiegyensúlyozó protonok ugyanolyan fontosak. Ha csak elektronja lenne, akkor a világegyetem összes elektronja eltaszulna egymástól, és kilőne az univerzumba.
-
Az elektronok negatív töltéssel rendelkeznek, és akkor összekevered magad minden ok nélkül azon gondolkodni, hogy miként áramlanak a negatívból a pozitívba. Ez valójában egyáltalán nem számít.
-
Az elektronok valójában állandóan minden véletlen irányban nyüzsögnek, és az áram miatt bekövetkező mozgásuk ehhez képest csekély.
A lényeg a következő: töltéshordozók (az elektronok ilyenek) felhasználhatók elektromotoros erő átadására (általában csak feszültségnek hívják). Ez egy nagyon hétköznapi fogalom. Tologathatja a rúd egyik végét, és mechanikus erőt adhat át a rúd másik végére. Mozog a rúd, mikor csinálja ezt? Nos, talán, de két dolog történik itt:
- az erő a rúdon keresztül terjed, mint az anyag hangsebességével terjedő hullámok
- csak akkor, ha mi energiát is továbbít, a rúd mozog, legtöbb esetben sokkal lassabb sebességgel
A rúd esetében a különbség nyilvánvaló, de mivel “nem látunk elektromos töltést, a különbség nem nyilvánvaló .
Tehát a kérdése a következő volt: Az elektronok valóban áramlanak-e feszültséget alkalmaznak? Szigorúan véve a válasz talán , és ez attól függ, mit értesz áramlás alatt. Hasonló a kérdéshez: mozog-e egy kötél, amikor meghúzod? Nos, ha egy lufihoz van rögzítve, akkor sokat mozoghat. Ha egy téglafalhoz van rögzítve, előfordulhat, hogy egyáltalán nem mozog.
A töltéshordozók (például az elektronok) mozgása áram . Ha van áramunk, akkor a töltéshordozók nettó mozgása van. Valójában egészben nyüzsögnek, éppúgy, mint az egyes vízmolekulák csőben csobognak, még akkor is, ha nincs nettó áramlás. Az áram az átlagos mozgást írja le. Az egyenáram esetén az átlagos mozgás körbe esik.
Bonyolult az, hogy az egyes töltéshordozók hogyan lépnek egymással kapcsolatba ennek megvalósításával, és ez valóban fizikai, és nem elektronikai kérdés. Azt javaslom, hogy nézze meg ezt a MIT oktatóanyag a mezőkről .
Megjegyzések
- De afaik egy csomó elektron szét fog repülni, nem pedig összebújik egy labdában.
- @WoutervanOoijen igen, gondolom igazad van 🙂 Mindenesetre egészen más világ lenne!
- Mindennek a 90% -a, amit olvastam, teljesen téves, amikor elektronok mozognak és laza elektronok vannak.
Válasz
Az elektronok fizikailag mozognak, ha feszültséget adnak – rendkívül lassan .
Egy 100 VDC-on feszültség alatt álló áramkör, amely 1A-os terhelést (például villanykörtét) táplál 2 mm átmérőjű rézhuzalon keresztül, az elektronokat a következő sebességgel látja:
\ $ \ dfrac {I} { Q \ cdot e \ cdot R ^ 2 \ cdot \ pi} \ $
ahol
- Q az elektronok száma köbcentiméter rézben (nagyjából \ $ 8.5 \ szor 10 ^ {22} \ $)
- R a vezeték sugara
- e az elektronenkénti töltés (nagyjából \ $ 1,6 \ szor 10 ^ {- 19} \ $ coulombs)
Ez 8,4 cm / óra értékre sikerül. Nem éppen gyorsan.
A legfontosabb az a tény, hogy a energia versenyez az áramkörön keresztül szinte azonnal – nem maguk az elektronok. (Az elektronok kényelmes “autópályát” tesznek lehetővé, hogy az energia gyorsan áramolhasson.)
Nem szerencsés, hogy az elektronok lassú sodródása feszültség alatt ugyanazzal a névvel zárult, mint az energiaáram áramkörben működik.
Megjegyzések
- Az elektronok lassú sodródása nélkül nincs áram, ezért ‘ nincs energiaáramlása. Az energiaáramlást hatalomnak nevezzük, és mint tudjuk, \ $ P = IE \ $. Ha \ $ I = 0 \ $, akkor nem lehet energiaáramlás. Tehát lehet, hogy csak fele nek ugyanaz a neve 🙂
- Elég igaz. Ne feledje, hogy az AC-ben csak hadonásznak és nem ‘ t valóban kering önmagában.
- Q = 8,5 × 10 ^ 22 Elektron / cm ^ 3 a összes elektron / per térfogata Cu. Az elektronoknak csak a töredéke szabad elektron, amely részt vesz a vezetésben ( hu.wikipedia.org/wiki/Free_electron_model ). Tehát ez a képlet rossz.
- @Túró hibás a számod, honnan vetted? > ” Q = 8,5 × 10 ^ 22 Elektrons / cm ^ 3 az összes Az elektronok száma a Cu térfogatára vonatkoztatva. ” Nem, az elektronok / cm ^ 3 teljes száma réz esetében 2,46×10 ^ 24. Ezért, ha minden atom csak egy mozgó elektronnal járul hozzá a fém ‘ fém-tengerhez, akkor a szabad elektron sűrűsége = 2,46e24 / N, ahol N = 29 a réz esetében. A fenti egyenletük helyes. Lásd ugyanezt a számot a Halliday / Resnick fizikában, vagy a wikipédiában, a Drift_velocity
- @wbeaty: igen, igazad van (én nem ‘ nincs Halliday, de) újraszámoltam, és kb. rho / Mm * Na * 29 = 2,44E24 kaptam, mint az elektronok száma cm / 3-ban (rho sűrű, Mm moláris tömeg, Na = AVogadro ‘ szám). Nem emlékszem 2 évvel ezelőtti számításomra …
Válasz
Ne keverje össze a kényelmes absztrakciót a fizikai valósággal
- Az áramkörök egy elvont fogalom, amelynek célja, hogy jobb észérvekkel szolgáljon a világról.
- az elektronok fizikai entitás.
Megjegyzés a “zárt” utakról
A zárt útvonalú áramkörök nem azt jelentik, hogy az elektronok visszatérnek a forráshoz. Ezenkívül a forrást elhagyó elektronok rendkívül ritkán azok az ugyanazok az elektronok, amelyek visszatérnek a forrás másik pólusához (lásd a sebesség magyarázatát @madmanguruman válaszában).
Mechanikai analógiák
Olyan, mint az eső dominók. Az energiahullám a zuhanó dominókon keresztül terjed, de a dominók nem sokat fordítanak le.
Ne feledje, hogy az energia az elektron töltése, és a rá ható erő (feszültség) szorzata. Ez (túlnyomórészt) az erők amelyek a fémrácson mozognak, nem a töltések (elektronok).
Csakúgy, mint ezen a képen:
Az erők átkerülnek a golyókon, de a gömbök nagyrészt a helyükön maradnak. A mechanikus gömbökkel ellentétben, amelyeket a gravitáció kiegyensúlyoz, a galvanikus cellákból (elemek) származó fémhuzalokban lévő elektronok lassúak Az elektronok (pl. a forgalomban elakadt autók) teljes sodrása a másik végéig.
További olvasmány
Fontolja meg / a> Válaszot adtam egy hasonló, kapcsolódó fizikai kérdésre.
Megjegyzések
- Heh, az áramkörök általános makro objektumok, míg az elektronok elméleti vadállatok erős QM viselkedés. De egyetértek: sok absztrakciót kiküszöbölhetünk, ha tömlőkön keresztül töltött homokból épített áramköröket vagy forgó műanyag kerékre töltött fémgolyókat használunk. Mindenesetre bármely áramkörben szükséges a töltéseltolódás (áram). Analógia: mechanikus hajtószíjnál alkalmazzon egyre nagyobb erőt / feszültséget alacsonyabb sebességgel, amíg az öv méter / óra sebességgel nem mozog, ugyanakkor kilowattokat továbbít. Csak úgy tűnik , mintha az erő fontosabb lenne, mint a mozgás. Állítsa le a sloooow övet, és az energia is megáll.
Válasz
Itt fémekről beszélünk. A fémtárgy általában nem molekulákból áll, hanem fématomokból áll, amelyek mindegyike össze van csoportosítva. Ezt az alábbi kép mutatja:
A vörös körök elektronok. Amint láthatja, “nem igazán tudja megmondani, hogy az elektron melyik atomhoz tartozik”.Ezek az elektronok alkotják az atomok közötti kapcsolatokat – tehát két atomhoz tartoznak.
Most, amikor áram indul, ezek az elektronok valóban mozognak. Amikor áram áramlik, az energia átkerül. Mivel az atomok nem tudnak könnyen mozogni, az elektronoknak meg kell mozdulniuk.
Ezt láthatja az áram amperének mértékegységében is: 1 amper értéke 1 Coulomb másodpercenként. A Coulomb (C) a töltési egység (Q). 1 Ampere azt jelenti, hogy 1 töltés Coulombja egy másodperc alatt áthalad egy adott ponton. Ezt a töltetet az elektronok hozzák létre, amelyek valójában az egyik objektumból a másikba áramlanak.
Amikor egyenáramról (például normál akkumulátoros alkalmazásról) beszélve ezek az elektronok nem térnek vissza a forrásukhoz. Fontolja meg ezt az áramkört:
Az elején a negatív és a pozitív terhelésben különbség van pólus: a negatív pólusnak elektronfeleslege van, ez erőt (feszültséget) hoz létre, és mivel a két pólus (a vezeték és az izzó) között kapcsolat van, az elektronok áramolni kezdenek. Az elektronok a negatív pólusról az izzón át a pozitív pólusra mozognak, amíg már nincs különbség a töltésben (vagy olyan kevés, hogy ez nem okoz áram áramlását).
Most már láthatja, hogy ezek az elektronok nem visszatértek forrásukhoz: a negatív pólusnál kezdődtek és a pozitív pólusnál végződtek.
Ezt zárt útnak hívjuk, mert ott ” sa kör: az áram az akkumulátortól kezdődik és az akkumulátornál ér véget. Zavar van, mert az akkumulátor valójában két tárgyból áll: a pozitív és a negatív pólusból.
Nézze meg ezt az áramkört (amely alapvetően ugyanaz, de akkumulátor helyett kondenzátorral és ellenállással szemben izzó):
A kondenzátor jobb oldaláról áram folyik (negatív töltésű, elektronfelesleg ) az ellenálláson keresztül a kondenzátor bal oldaláig (pozitív töltésű, elektronhiány). Itt a kondenzátorlemezek elválnak, így könnyen láthatja, hogy valójában nem zárt út.
Csak zárt útnak hívjuk, mert az áram a kondenzátornál kezdődik és végződik.
Mivel az elektronoknak nem igazán kell visszatérniük a bázisukhoz, ezt most megértheted az elektronok a földbe is áramolhatnak. Ez történik a villámlással is. Az elektronok a felhőkből a földbe áramlanak (vagy fordítva, nem tudnám), csak azért, hogy semlegesítsék a töltéskülönbséget.
Megjegyzések
- A villámokkal kapcsolatban: Mindkét irány. ” Világszerte átlagosan a negatív villámok jelentik az összes sztrájk döntő többségét, mintegy 90 százalékát. … Egyébként a pozitív villámcsapásokat tartják a legveszélyesebbnek, mivel nagyon nagy áramokat képesek előállítani, akár 300 000 ampert is! ” ( forrás )
- Szeretem @Camil energiáját (szójáték célja), de tudnia kell, hogy számos finom pontatlanság van ebben a válaszban. A zavart nem az jelenti, hogy egy elemnek két pólusa van, az a zavart, hogy az áramkörök nem írják le egyetlen elektron mozgását – leírják az összesített viselkedést és az energiaátadást … válasz továbbra is ugyanazokat a zavaros feltételezéseket teszi, amelyek az OP-t arra késztették, hogy feltegye a kérdést. Vagy megvitassuk elvontan, ebben az esetben az áramnak vissza kell térnie a forráshoz – vagy – megbeszélni az elektronokkal a fizikát és az esetleges ekvipotenciális-felület-akarat-cselekedet hozzáállást.
- p.s. – Nem szavaztam le. Csak a nyilvántartásból, arra az esetre, ha valaki más megtenné. – ” nem én! “;)
- Érdemes leszögezni azt is, hogy bár az elektronok nem haladnak akkumulátorok révén az áram igen. Ezért kell az akkumulátornak rendelkeznie elektrolittal, és pontosan azért működik, mert az elektronok ‘ nem utazhatnak rajta, a pozitív ionok viszont igen. Az elektronokkal ellentétes irányban haladó pozitív ionok megakadályozzák, hogy az áramkörön keresztül mozgó elektronok egyensúlyt teremtsenek a kémiai energia kimerüléséig. Habár az ionok és az elektronok ellentétes irányban mozognak, ellentétes töltésekkel rendelkeznek, és együttesen egy áramkör teljes áramkörét hozzák létre egy irányban.
- @CamilStaps az egyes elektronok véletlenszerű utat választanak bárhol. Valószínűleg ennek a mozgásnak a legnagyobb része a hőzajnak tulajdonítható, és nem annak az elektromos gépnek, amelynek része van. Csak akkor veszi észre, hogy sok (több mint milliárd) elektron átlagos mozgása sok (több mint milliárd) az egyik irányba halad, mint a másik. Az áramkörök pedig nem írják le az elektronáramlást: leírják az áramlást.