Что такое электричество на самом деле.

Механика, теория относительности, термодинамика, электродинамика, оптика, акустика. Ядерная и квантовая физика. Занимательные факты.

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение Auri » Сб июл 08, 2017 8:57 am

kanonik писал(а):Как человек, закончивший среднюю школу, хочу заметить, что электроны по ЛЮБОЙ электрической цепи всегда (ВСЕГДА!!!) движутся по замкнутому кругу, из-за чего накопление электронов на одном конце цепи никогда не происходит. Оно не может произойти! Потому что при накоплении электронов в одном месте, в этом месте сразу же возникает столь огромный отрицательный электростатический потенциал, отталкивающий от себя электроны, что они от этого места разлетаются, как кегли.

Электроны всегда движутся от более негативного потенциала к менее негативному. Стоит им хоть чуть-чуть накопиться на одном конце цепи (оконечном), и ток мгновенно в цепи прекращается, так как именно этот потенциал становится более негативным (в действительности, ток прекращается, когда потенциалы становятся равными).
А как электроны от конечного потребителя попадают снова на электростанцию (при условии, что цепь у нас - это цепь постоянногог тока)? Очень просто - через землю, через Земной Шар. Характерный пример - трамвай. Питающий провод у трамвая только один. С него постоянный ток, проходя через электромотор, попадает на рельс, и уже через рельс возвращается обратно, к генератору подстанции. Если бы рельс этого не делал, если бы рельс не проводил ток, то трамваи бы не ездили. :D :D :D


kanonik писал(а):Извините, сударь, но теперь Вы меня пугаете еще больше.
Электрический ток - это движение заряда. Но никакие колебательные движения электронов исключительно возле положения их равновсесия постоянную передачу заряда по проводу при постояном токе вызвать не могут - потому что электроны, по вашему, привязаны к атомам. Но это у изоляторов (диэлектриков), сударь, они привязаны к атомам. А у проводников электроны верхних орбит свободны, и образуют общий для всего проводника электронный газ, являющийся общей принадлежностью всего куска металла в целом. И если этот газ не будет поступательно двигаться, то никакого поступательного перемещения заряда по проводу и не будет. Движение волны, о которой вы говорите, это и есть движение электронов. Потому что свободные электроны - это и есть квантово-механическая волна, то есть субстанция, где электроны-то есть (ибо есть движущийся заряд, кратный количеству электронов), но электроны при этом всего лишь лишены кокретной координаты. Вы ведь, наверное, слыхали про образование постоянного магнитного поля вокруг провода с постоянным током? Оно, согласно уравнениям Максвелла, как раз и вызывается исключительно поступательным движением заряда в одну и ту же сторону, а вовсе не колебаниями. Ток, уважаемый, это не передача энергии (в сверхпроводниках при огромных по силе токах энергия вообще по проводу не передается). Но зато абсолютно всегда это передача электрического заряда.

Ладно, бог с этими деталями. Разберитесь в этом получше, не будьте так самоуверенны, а то что-то пишете правльно, а что-то явно нет. . Советую мне поверить, что я прав - я все-таки и физфак университета закончил, и физику в вузе преподавал еще в советское время, когда знания у людей были повыше, чем сейчас. Да и в видео, о котором мы говорим, люди путаются отнюдь не в том, что энергия накапливается на одном конце провода, а именно в том, что ток (электроны) сдвигаясь к одному концу провода, якобы будут увеличивать его массу. Именно в этом там недопонимание и хохма.

со школьной программы я именно также понимаю суть электрического тока :)
а еще электрон - это отрицательно заряженная частица, поэтому движение происходит от минуса к плюсу (где потенциальная нехватка отрицательного заряда)
Мужчина от женщины отличается тем, что перед совершением ошибки он всё тщательно продумывает.Фрумкер
Аватара пользователя
Auri
Гуру
Гуру
 
Сообщения: 23967
Зарегистрирован: Ср мар 14, 2007 4:59 pm
Откуда: Альфацентавра
Медали: 7
Пол: Женский

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение Пономарь » Сб июл 08, 2017 10:13 am

Почему вы все не послушали то,что я написал?
Я же чётко и ясно написал,что ток 50 раз в секунду меняет направление на противоположное.Это и нужно как раз для того,чтобы не "иссушились" провода с эектронами.То есть ток не течёт никуда,а как правильно кто-то заметил электроны колеблются около своих мест.В результате и электроприбор цел и работа совершается.

Это было придумано без сомнения великим учёным Николой Теслой,именно он изобрёл переменный ток,как и много чего ещё.
Господи,помилуй.
Аватара пользователя
Пономарь
КБ 'Грядущее'
КБ 'Грядущее'
 
Сообщения: 4589
Зарегистрирован: Чт сен 10, 2009 1:01 am
Откуда: Отсюда
Медали: 2
Пол: Мужской
Соционический тип: Габен
Тип по психе-йоге: Эйнштейн (ЛВЭФ)
Темперамент: Меланхолик
Профессия: верующий

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение vadimr » Сб июл 08, 2017 10:54 am

Даже если ток постоянный, электроны всё равно не иссушатся :) Именно потому, что они физически не летят через металл, чтобы переносить заряд.

Если бы, к примеру, цепь постоянного тока была на каком-то участке проложена через раствор, где носителями заряда являются физически перемещающиеся ионы, то тогда в конце концов все ионы выпали бы на электроды и прореагировали с ними, эти электроды покрылись бы гальванической коркой вещества, полученного из ионов, и ток прекратился бы, несмотря на то, что электрический контур замкнут. Тогда мракобес из ролика был бы прав. А в кристаллической решётке металла электроны никуда не деваются, электронный газ просто передаёт через себя волну.

Про замкнутость контура – это недостаточный ответ на вопрос потому, что замкнутый электрический контур может состоять из нескольких разнородных участков, на некоторых из которых ток передаётся электронами (например, в проводах), а на других – иными носителями заряда (например, положительными ионами, если потребитель тока использует его для гальванопластики, или даже протонным пучком в ускорителе). И тогда всё равно непонятно, откуда берутся и куда деваются электроны на границе участка. Всё-таки физику электропроводности придётся рассматривать глубже.

Можно представить вот ещё какой мысленный эксперимент. Допустим, два ваших друга с экзотическими фамилиями Катодов и Анодов решили облагодетельствовать жителей Луны. Катодов построил электронную пушку и стреляет электронами по кратеру Коперника, а Анодов построил протонную пушку и стреляет протонами по кратеру Тихо. Свои пушки Катодов и Анодов, разумеется, подключили к заземлению, так как читали правила устройства электроустановок. Тогда теперь на кратере Коперника возникает избыточный отрицательный потенциал, а на кратере Тихо – положительный. Лунтики обрадовались этому и замкнули электрическую цепь, повесив между кратерами электрическую лампочку, которая светится от приложенной к ней разности потенциалов. Тогда цепь замкнута, Земля и Луна в целом остаются электрически нейтральными, но два ваших придурковатых друга рано или поздно отправят все электроны и протоны Земли на Луну, эксперимент закончится, а заодно и людям будет негде жить. Это происходит потому, что в вакууме электрический ток вызывается физическим движением заряженных частиц, в данном случае электронов и протонов. А в металле всё не так.
Аватара пользователя
vadimr
Модератор
Модератор
 
Сообщения: 39271
Зарегистрирован: Пт ноя 23, 2007 9:02 pm
Откуда: Санкт-Петербург
Медали: 8
Пол: Мужской
Соционический тип: Джек Лондон

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение Пономарь » Сб июл 08, 2017 1:16 pm

vadimr писал(а): замкнули электрическую цепь, повесив между кратерами электрическую лампочку, которая светится от приложенной к ней разности потенциалов.


Я почему-то думал,что лампочка светится не от разности потенциалов,а как раз от силы тока,который пробегает по вольфрамовой спирали лампочки.
Господи,помилуй.
Аватара пользователя
Пономарь
КБ 'Грядущее'
КБ 'Грядущее'
 
Сообщения: 4589
Зарегистрирован: Чт сен 10, 2009 1:01 am
Откуда: Отсюда
Медали: 2
Пол: Мужской
Соционический тип: Габен
Тип по психе-йоге: Эйнштейн (ЛВЭФ)
Темперамент: Меланхолик
Профессия: верующий

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение vadimr » Сб июл 08, 2017 1:41 pm

Пономарь писал(а):
vadimr писал(а): замкнули электрическую цепь, повесив между кратерами электрическую лампочку, которая светится от приложенной к ней разности потенциалов.


Я почему-то думал,что лампочка светится не от разности потенциалов,а как раз от силы тока,который пробегает по вольфрамовой спирали лампочки.

Разность потенциалов создаёт электрический ток, равный U/R. Это одно и то же разными словами.
Аватара пользователя
vadimr
Модератор
Модератор
 
Сообщения: 39271
Зарегистрирован: Пт ноя 23, 2007 9:02 pm
Откуда: Санкт-Петербург
Медали: 8
Пол: Мужской
Соционический тип: Джек Лондон

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение ФинтУшами » Сб июл 08, 2017 2:51 pm

-
Последний раз редактировалось ФинтУшами Чт ноя 17, 2022 10:53 pm, всего редактировалось 1 раз.
Пока ветра нет, и у флюгера есть свой характер (Станислав Ежи Лец)
Аватара пользователя
ФинтУшами
Бывалый
Бывалый
 
Сообщения: 3683
Зарегистрирован: Пн июл 09, 2012 9:25 pm
Медали: 4
Пол: Мужской
Соционический тип: Максим Горький
Тип по психе-йоге: Гёте (ФВЛЭ)

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение ФинтУшами » Сб июл 08, 2017 3:10 pm

-
Последний раз редактировалось ФинтУшами Чт ноя 17, 2022 10:53 pm, всего редактировалось 1 раз.
Пока ветра нет, и у флюгера есть свой характер (Станислав Ежи Лец)
Аватара пользователя
ФинтУшами
Бывалый
Бывалый
 
Сообщения: 3683
Зарегистрирован: Пн июл 09, 2012 9:25 pm
Медали: 4
Пол: Мужской
Соционический тип: Максим Горький
Тип по психе-йоге: Гёте (ФВЛЭ)

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение vadimr » Сб июл 08, 2017 3:21 pm

ФинтУшами писал(а):
Пономарь писал(а):Почему вы все не послушали то,что я написал?
Я же чётко и ясно написал,что ток 50 раз в секунду меняет направление на противоположное.Это и нужно как раз для того,чтобы не "иссушились" провода с эектронами.То есть ток не течёт никуда,а как правильно кто-то заметил электроны колеблются около своих мест.В результате и электроприбор цел и работа совершается.

Подумалось просто, что мы ведь можем и цепь с постоянным током собрать ) А так, для нашей бытовой сети 220 В с переменным током, действительно, еще один убийственный довод, почему чайник не скопит все заряды. И это еще один ляп мужика из видео, так сказать, который про чайник чего-то смеет рассуждать.

vadimr писал(а):Про замкнутость контура – это недостаточный ответ на вопрос потому, что замкнутый электрический контур может состоять из нескольких разнородных участков, на некоторых из которых ток передаётся электронами (например, в проводах), а на других – иными носителями заряда (например, положительными ионами, если потребитель тока использует его для гальванопластики, или даже протонным пучком в ускорителе). И тогда всё равно непонятно, откуда берутся и куда деваются электроны на границе участка. Всё-таки физику электропроводности придётся рассматривать глубже.

Так, ну, дайте подумать. Мне сейчас так и представляется, что электроны, совершенно физически, пересекут границу и отправятся дальше в "путешествие", в среду положительных ионов (или в протонном пучке), в направлении, буквально противоположном движению ионов/протонов. Это же почти p-n-p переход, правильно? И там же, вполне конкретно, осуществляется обмен дырками и электронами.

Нет, полупроводник по типу электропроводности близок к металлу, там электрический заряд переносится волной электромагнитного поля в электронном газе. Дырки и электроны в полупроводнике – это просто метафора для наглядного объяснения, в действительности там однородные облака электронного газа с проводимостью n- или p-типа. Как капли воды, которые слились в море, и не проявляют свойств отдельных капель. А в растворах и вакууме совершенно другая картина, там физически путешествуют частицы – носители заряда.

Мы со школьных времён связываем электрический ток с электронами просто потому, что электроны и электронный газ являются наиболее распространённым носителем заряда в окружающих нас на Земле условиях, так как их вокруг много и они лёгкие. Но это не единственный возможный вариант.

А физическое путешествие электронов играет роль в создании электрического тока только в вакууме или в других специфических условиях. Например, если у вас есть старый ламповый телевизор или просто электронно-лучевой монитор, то вот в его лампах (включая кинескоп) действительно путешествуют электроны от катода к аноду. А обычно электрический ток обходится без этого.
Аватара пользователя
vadimr
Модератор
Модератор
 
Сообщения: 39271
Зарегистрирован: Пт ноя 23, 2007 9:02 pm
Откуда: Санкт-Петербург
Медали: 8
Пол: Мужской
Соционический тип: Джек Лондон

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение vadimr » Сб июл 08, 2017 3:24 pm

ФинтУшами писал(а):
vadimr писал(а):Если бы, к примеру, цепь постоянного тока была на каком-то участке проложена через раствор, где носителями заряда являются физически перемещающиеся ионы, то тогда в конце концов все ионы выпали бы на электроды и прореагировали с ними, эти электроды покрылись бы гальванической коркой вещества, полученного из ионов, и ток прекратился бы, несмотря на то, что электрический контур замкнут.

Таки разомкнулась цепь? Там на гальванической корке сопротивление большое возникло, ввиду отсутствия свободных носителей зарядов.

Ну да, так она разомкнулась в данном случае именно потому, что все носители заряда перетекли из раствора на электроды. Я имел в виду, что контур замкнут в других местах, и катод продолжает быть электрически соединённым с анодом через внешнюю цепь.
Аватара пользователя
vadimr
Модератор
Модератор
 
Сообщения: 39271
Зарегистрирован: Пт ноя 23, 2007 9:02 pm
Откуда: Санкт-Петербург
Медали: 8
Пол: Мужской
Соционический тип: Джек Лондон

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение ФинтУшами » Сб июл 08, 2017 3:44 pm

-
Последний раз редактировалось ФинтУшами Чт ноя 17, 2022 10:54 pm, всего редактировалось 2 раз(а).
Пока ветра нет, и у флюгера есть свой характер (Станислав Ежи Лец)
Аватара пользователя
ФинтУшами
Бывалый
Бывалый
 
Сообщения: 3683
Зарегистрирован: Пн июл 09, 2012 9:25 pm
Медали: 4
Пол: Мужской
Соционический тип: Максим Горький
Тип по психе-йоге: Гёте (ФВЛЭ)

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение vadimr » Сб июл 08, 2017 3:50 pm

Разницей между электрическим током и движением электрического заряда проще всего себе голову не забивать, это вопрос, во многом, строгих дефиниций, в каком-то смысле софистический. Я вообще стараюсь не говорить об электрическом токе в контексте физики электропроводности, потому что это термин более высокого уровня, и он несколько запутывает картину.

А вот разница между движением заряда и движением носителей заряда вполне физична и важна на практике.

Что касается школы, то углубление в физику электропроводности потребовало бы рассматривать отдельно явления переноса электрического заряда в различных средах: металлах, полупроводниках, диэлектриках, вакууме, растворах, плазме и т.д., которые имеют различную природу, и даже в институте изучаются на различных специальностях. Что для школы было бы совершенно избыточно и всё равно в полном объёме не реализуемо. Поэтому можно просто отметить, что школьная модель электропроводности относится к вакууму и растворам ионов в диэлектрическом растворителе.
Аватара пользователя
vadimr
Модератор
Модератор
 
Сообщения: 39271
Зарегистрирован: Пт ноя 23, 2007 9:02 pm
Откуда: Санкт-Петербург
Медали: 8
Пол: Мужской
Соционический тип: Джек Лондон

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение kanonik » Сб июл 08, 2017 5:04 pm

Движение "электронной волны" в металлическом проводнике ничем принципиально не отличается от электронного пучка, непрерывно выстреливаемого в вакууме из катодной пушки.

И в том, и в другом случае электрон ведет себя при движении скорее как волна, чем как частица (обнаруживая, в том числе, свойства диффракции и интерференции), И в том, и в другом случае на конечном этапе своего пути электроны снова "превращаются" в частицы-электроны - точнее, обнаруживают свойства частиц на границе раздела сред (встречаясь с мишенью-анодом в случае вакуумного электронного пучка и при этом сбрасывая избыток кинетической энергии при торможении в анодной пластине в виде испускаемых уже лишь каждым отдельным электроном рентгеновских квантов; или встречаясь с положительными ионами в растворе - и там тоже снова превращаясь в локализованные в атоме частицы-электроны - это в случае металлического провода с током, опущенного в этот раствор).

Как в электронном пучке, так и в металлическом проводе с электротоком движующиеся электроны продолжают оставаться электронами - то есть лептонами, фермионами, фундаментальными устойчивыми зарядовыми частицами с минимальной массой из всех возможных. Просто нужно помнить, что любая микрочастица обладает как свойствами частицы (при взаимодействии с другими частицами), так и свойствами волны. И неважно, где это происходит - в вакууме или в металлическом проводнике. Только в этих двух разных случаях для распространяющейся электронной волны граничные условия получаются разные (так, в вакууме нет "стенок" проводящей трубки, - но не столь уж велика разница)

Абсолютно во всех случаях (и в вакууме, и в металлическом проводнике) наличие тока означает поступательное движение электронов, с сопутствующим обязательным переносом как заряда, так и массы. При этом переносимая масса строго пропорциональна прошедшему заряду, то есть пропорциональна силе тока и времени.

Нетрудно эту переносимую массу рассчитать. Предположим, что через провод идет ток силой 1000 Ампер, Тогда за секунду через поперечник провода переносится 1000 Кулонов эл. заряда. Масса электрона равна 9,1*10^(-31) Кг, заряд электрона равен 1,6*10^(-19)Кл. Отсюда перенесенная за секунду масса электронов равна 1000/(1,6*10^(-19))*9,1*10^(-31) = 5,7*10^(-9) килограмма, или 5,7 микрограмма.

За час через поперечник провода с током 1000 ампер будет перенесено в 3600 раз больше массы электронов, а именно 20 миллиграммов электронов. За 1000 часов - уже аж 20 граммов электронов. За миллион часов - 20 килограммов электронов.

Понятно, что эта масса нигде не накапливается, так как нигде не накапливаются и электроны, продолжая свое движение вдоль силовых линий электростатического поля (в отсутствие сторонних сил ЭДС).

Таким образом, при наличии тока, масса через него переносится всегда, в любом случае и в обязательном порядке (в том числе и при движении так называемой "электронной волны" в металлическом проводе). Может переноситься и больше, чем показано в вышеприведенном мной расчете (если носителями, как например, в протонном пучке, являются не электроны). Но меньше - никогда и ни при каких обстоятельствах. Потому что электрон имеет минимальное из всех возможных отношение массы к заряду. Меньше не бывает! И не бывает переноса в чистом виде одного лишь заряда без переноса массы.
=========
«Если тебя лишили обязанностей гражданина, исполняй обязанности человека». (Сенека)
kanonik
Старожил
Старожил
 
Сообщения: 4490
Зарегистрирован: Вс авг 07, 2011 7:10 pm
Медали: 4

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение Пономарь » Сб июл 08, 2017 5:35 pm

Я знаю,что существует Электронная теория-это теория которая объясняет свойства электричества в проводнике через поведение в проводнике электронов.
Господи,помилуй.
Аватара пользователя
Пономарь
КБ 'Грядущее'
КБ 'Грядущее'
 
Сообщения: 4589
Зарегистрирован: Чт сен 10, 2009 1:01 am
Откуда: Отсюда
Медали: 2
Пол: Мужской
Соционический тип: Габен
Тип по психе-йоге: Эйнштейн (ЛВЭФ)
Темперамент: Меланхолик
Профессия: верующий

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение vadimr » Сб июл 08, 2017 6:50 pm

kanonik
С какой скоростью, по-вашему, распространяется электрический ток в металле? И с какой скоростью движутся электроны в металле под действием электромагнитного поля? Назовите, пожалуйста, два конкретных числа, например, для меди, или любого другого металла при температуре ниже температуры Ферми.

Обе величины, кстати, очень легко измерить в лаборатории.

Действительно, электромагнитная волна чуть-чуть увлекает за собой вещество. Но не это является причиной электрического тока в металле. Иначе б у вас, как в опыте Толмена и Стюарта, всякое движение проводника приводило бы к сумятице в электрических сигналах. Поэтому классическая теория электропроводности давно опровергнута, и используется квантовая.
Аватара пользователя
vadimr
Модератор
Модератор
 
Сообщения: 39271
Зарегистрирован: Пт ноя 23, 2007 9:02 pm
Откуда: Санкт-Петербург
Медали: 8
Пол: Мужской
Соционический тип: Джек Лондон

Что такое электричество на самом деле.

Сообщение kanonik » Сб июл 08, 2017 7:48 pm

vadimr
1) Скорость распространения электрического поля в металле равна скорости света в нем - для меди, наверно, немного меньше скорости света в вакууме.
2) Дрейфовая скорость движения электронов (то есть средняя скорость их упорядоченного движения в металле под действием приложенного поля) зависит от плотности тока. Конкретно для меди и плотности тока 10 ампер на квадратный миллиметр это получится, по несложному расчету, около 0,7 мм/сек. Для меньших токов - еще меньше.
3) Блин, да просто поставьте элементарнейший мысленный эксперимент, если хотите разобраться с переносом массы при прохождении тока через проводник. Пусть ваша замкнутая цепь состоит из двух участков. Один - это электронная катодная пушка. Второй - возвратный провод от анода к катоду, по которому будут скатываться обратно все прилетевшие на анод электроны. Разве не понятно, что количество выстреленных электронов, которые прилетают с катода на анод за единицу времени, должно строго равняться количеству электронов (с той же переносимой массой и с той же силой тока!), которые будут течь в обратном направлении по металлическому проводу??? Или Вы думаете, что обратно будет возвращаться только заряд, а масса электронов - накапливаться на аноде? :D

Квантово-механические подходы ничуть не опровергают классические подходы и расчеты, они их лишь усточняют в мелких деталях. Тем более, когда все расчеты делаются на основе самых фундаментальных в физике законов сохранения массы и заряда.
=========
«Если тебя лишили обязанностей гражданина, исполняй обязанности человека». (Сенека)
kanonik
Старожил
Старожил
 
Сообщения: 4490
Зарегистрирован: Вс авг 07, 2011 7:10 pm
Медали: 4

Пред.След.

  • { SIMILAR_TOPICS }
    Ответы
    Просмотры
    Последнее сообщение

Вернуться в Физика

Кто сейчас на конференции

Зарегистрированные пользователи: Айрин1, GoGo [Bot], Google [Bot], Xanthan Gum_copy, Yandex 3.0 [Bot], Yandex [Bot]