Урок 1. Электричество: куда бегут электроны
– В Европе теперь никто на пианино не играет,
играют на электричестве.
–На электричестве играть нельзя – током убьет.
–А они в резиновых перчатках играют…
–Э! В резиновых перчатках можно!
«Мимино»
Странно… Играют на электричестве, а убивает почему-то каким-то там током… Откуда в электричестве ток? И что это за ток? Здравствуйте, уважаемые! Давайте разбираться.
Ну, во-первых, начнём с того, почему это играть на электричестве в резиновых перчатках всё-таки можно, а, например, в железных или свинцовых – нельзя, хотя металлические прочнее? Дело все в том, что резина не проводит электричество, а железо и свинец – проводят, поэтому и током ударит. Стоп-стоп… Мы идем не в ту сторону, давайте, разворачиваемся… Ага… Начинать нужно с того, что все в нашей Вселенной состоит из мельчайших частичек – атомов. Эти частички настолько малы, что, например, человеческий волос по толщине в несколько миллионов раз превосходит размер самого маленького атома водорода. Атом состоит (см. рисунок 1.1) из двух основных частей – положительно заряженного ядра, состоящего в свою очередь из нейтронов и протонов и вращающихся по определенным орбитам вокруг ядра электронов.
Рисунок 1.1 – Строение электрона
Суммарный электрический заряд атома всегда (!) равен нулю, то есть атом электрически нейтрален. Электроны имеют довольно сильную связь с атомным ядром, однако, если приложить некоторую силу и «вырвать» один или несколько электронов из атома (посредством нагревания или трения, например), то атом превратиться в положительно заряженный ион, поскольку величина положительного заряда его ядра будет больше величины отрицательного суммарного заряда оставшихся электронов. И наоборот, – если каким-либо образом добавить к атому один или несколько электронов (но не посредством охлаждения…), то атом превратится в отрицательно заряженный ион.
Теперь, если посмотреть на внутренний состав любого элемента можно увидеть, что не весь объем элемента занимают атомы. Всегда, в любом материале так же присутствуют как отрицательно заряженные, так и положительно заряженные ионы, причем процесс преобразования «отрицательно заряженный ион–атом–положительно заряженный ион» происходит постоянно. В процессе этого преобразования образуются так называемые свободные электроны – электроны, не связанные ни с одним из атомов или ионом. Оказывается, что различных веществ количество этих свободных электронов разное.
Так же из курса физики известно, что вокруг любого заряженного тела (даже такого ничтожно малого, как электрон) существует так называемое невидимое электрическое поле, основными характеристиками которого являются напряженность и направление. Условно принято, что поле всегда направлено из точки положительного заряда к точке отрицательного заряда. Такое поле возникает, например, при натирании эбонитовой или стеклянной палочки о шерсть, при этом в процессе можно услышать характерный треск, явление которого мы рассмотрим позже. Причем, на стеклянной палочке будет образовываться положительный заряд, а на эбонитовой – отрицательный. Это как раз и будет означать переход свободных электронов одного вещества в другое (со стеклянной палочки в шерсть и из шерсти в эбонитовую палочку). Переход электронов означает изменение заряда. Для оценки этого явления существует специальная физическая величина – количество электричества, названная кулон, причем 1Кл= 6.24•1018 электронов. Исходя из этого соотношения заряд одного электрона (или его по-другому называют элементарным электрическим зарядом) равен:
Так при чем же здесь все эти электроны и атомы… А вот при чём. Если взять материал с большим содержанием свободных электронов и поместить его в электрическое поле, то все свободные электроны будут двигаться в направлении положительной точки поля, а ионы – поскольку они имеют сильные межатомные (межионные) связи –оставаться внутри материала, хотя по идее они должны двигаться к той точке поля, заряд которой противоположен заряду иона. Это было доказано с помощью простого эксперимента.
Два различных материала (серебро и золото) соединили друг с другом и поместили в электрическое поле на несколько месяцев. Если бы наблюдалось движение ионов между материалами, то в месте контакта должен был бы произойти процесс диффузии и в узкой зоне серебра образоваться золото, а в узкой зоне золота – серебро, но такого не произошло, что и доказало неподвижность «тяжелых» ионов. На рисунке 2.1 показано движение положительной и отрицательной частиц в электрическом поле: отрицательно заряженные электроны движутся против направления поля, а положительно заряженные частицы – по направлению поля. Однако это справедливо только для частиц, не входящих в кристаллическую решетку какого-либо материала и не связанных между собой межатомными связями.
Рисунок 1.2 – Движение точечного заряда в электрическом поле
Движение происходит именно таким образом, потому как одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые – притягиваются: на частицу всегда действуют две силы: сила притяжения и сила отталкивания.
Так вот, именно упорядоченное движение заряженных частиц и называют электрическим током. Существует забавный факт: изначально считалось (до открытия электрона), что электрический ток порождён именно положительными частицами, поэтому направление тока соответствовало движению положительных частиц от «плюса» к «минусу», однако впоследствии обнаружилось обратное, но направление тока решено было оставить прежним, и в современной электротехнике осталась эта традиция. Так что всё на самом деле наоборот!
Рисунок 1.3 – Строение атома
Электрическое поле можно, хоть и характеризуется величиной напряженности, но создается вокруг любого заряженного тела. Например, если всё ту же стеклянную и эбонитовую палочки натереть о шерсть, то вокруг них возникнет электрическое поле. Электрическое поле существует около любого объекта и воздействует на другие объекты, сколь угодно далеко они бы ни располагались.Однако с ростом расстояния между ними напряженность поля уменьшается и её величиной можно пренебречь, так что два человека, стоящие рядом и имеющие некоторый заряд, хоть и создают электрическое поле, и между ними протекает электрический ток, но он настолько мал, что его величину трудно зафиксировать даже специальными приборами.
Так вот, пора бы уже побольше рассказать о том, что это за характеристика – напряженность электрического поля. Начинается всё с того, что в 1785 году французский военный инженер Шарль Огюстен де Кулон, отвлекшись от рисования военных карт, вывел закон, описывающий взаимодействие двух точечных зарядов:
Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.
Мы не будем углубляться в то, почему это именно так, просто поверим на слово господину Кулону и введём некоторые условия для соблюдения этого закона:
- точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров — впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными не пересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;
- их неподвижность. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;
- взаимодействие в вакууме.
Математически закон записывается следующим образом:
где q1,q2 – величины взаимодействующих точечных зарядов,
r – расстояние между этими зарядами,
k – некоторый коэффициент, описывающий влияние среды.
На рисунке ниже приведено графическое пояснение закона Кулона.
Рисунок 1.4 – Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона
Таким образом, сила взаимодействия между двумя точечными зарядами возрастает при увеличении этих зарядов и уменьшается при увеличении расстояния между зарядами, причём увеличение расстояния в два раза приводит к уменьшению силы в четыре раза. Однако подобная сила возникает не только между двумя зарядами, но и между зарядом и полем (и опять электрический ток!). Логично было бы предположить, что на различные заряды одно и то же поле оказывает различное влияние. Так вот отношение силы взаимодействия поля и заряда к величине этого заряда и называется напряжённостью электрического поля. При условии, что заряд и поле неподвижны и не изменяют своих характеристик с течением времени.
где F – сила взаимодействия,
q – заряд.
Причём, как говорилось ранее, поле имеет направление, и это возникает именно исходя из того, что сила взаимодействия имеет направление (является векторной величиной: одноимённые заряды притягиваются, разноимённые – отталкиваются).
После того, как я написал этот урок, я попросил моего друга прочитать его, оценить, так скажем. Кроме того, я задал ему один интересный на мой взгляд вопрос как раз по теме этого материала. Каково же было моё удивление, когда он ответил неверно. Попробуйте и Вы ответить на этот вопрос (он помещен в раздел задач в конце урока) и аргументировать свою точку зрения в комментариях.
И последнее: поскольку поле может переместить заряд из одной точки пространства в другую, оно обладает энергией, а, следовательно, может совершать работу. Этот факт пригодится нам в дальнейшем при рассмотрении вопросов работы электрического тока.
На этом первый урок окончен, но у нас так и остался без ответа вопрос, почему же, в резиновых перчатках током не убьет. Оставим его как интригу на следующий урок. Спасибо за внимание, до новых встреч!
- Наличие свободных электронов в веществе является условием для возникновения электрического тока.
- Для возникновения электрического тока необходимо электрическое поле, которое существует только вокруг тел, обладающих зарядом.
- Направление протекания электрического тока обратно направлению движения свободных электронов – ток течёт от «плюса» к «минусу», а электроны наоборот – от «минуса» к «плюсу».
- Заряд электрона равен 1.602•10-19 Кл
- Закон Кулона: модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.
Задачка:
- Предположим, что в городе-герое Москве имеется некая розетка, самая такая обычная розетка, которые есть и у Вас дома. Так же предположим, что мы протянули провода из Москвы во Владивосток и подключили во Владивостоке лампочку (опять же, лампа совершенно обычная, такая же освещает сейчас комнату и мне, и Вам). Итого, что мы имеем: лампочка, присоединенная к концам двух проводов во Владивостоке и розетку в Москве. Теперь вставим «московские» провода в розетку. Если мы не будем учитывать массу всяких условий и просто предположим, что лампочка во Владивостоке загорелась, то попробуйте предположить, доберутся ли электроны, которые в данный момент находятся в розетке в Москве в нить накала лампочки во Владивостоке? Что случится, если мы подключим лампочку не к розетке, а к аккумулятору?
← Введение | Содержание | Урок 2: Как пересчитать электроны →
Комментарии:
Ох, ну и дела. Вспоминаю школьный курс, правда с трудом, хотя именно в изучении этого раздела у меня имелась оценка 5. :) С остальными было хуже. Уже очень мне нравилось лампочки там всякие зажигать, строить электрические сети и т.д. Но потом это как-то заглохло, а тут такой шанс не просто вспомнить, да еще и телевизор починить XD
На самом деле этот учебник пишет мой друг. Окончил он кафедру промышленной электроники, так что знает о чем пишет ;) Будем надеяться, что не забросит это дело :D
Другу респект передавай ;)
электричество это кровь цивилизации. Если б у нас доходчиво и образно умели объяснять, в том числе и об электричестве, то мы бы были впереди планеты всей,и в том что связано с электрическими процессами .У нас очень мало толковых электронщиков, а начало этой проблемы -в школе .В школе можно зазубрить и пересказать но как говориться и попугай может произнести слово -физика но смысла этого слова он никогда не поймёт .Самое сложное это понять что же такое электрическое напряжение На этом определении надо акцентрировать внимание Многие путают напряжение с мощностью А как известно при одной и той же мощности бывает разное напряжение Или и я тоже что то не так понимаю
Ростислав, я вот не поняла ваш комментарий, правда. Если вы намекаете, что учебник плохо составлен или что авто не компетентен в теме, то я не согласна категорически! Сразу же видно что человек понимает о чем пишет!!! Спасибо автору за такой полезный учебник!
Вера я имел ввиду конечно школу. Автор компетентен и делает очень великое дело ,стараясь доступным языком подать материал. Это дело по сути государственной важности .Японцы поднялись на электронике. У нас электроника в наихудшем положении. А ведь именно электричество сегодня во главе всего в экономике. А как известно экономика это по сути материализация того что человеку необходимо для его человеческой жизни .Сырья изобилие ,так что по идее проблем с готовой продукцией быть не должно в век когда электричество является основным энергетическим фактором. И не только энергетическим ,но и в программировании тоже ведь всё связано с электрическими ,скажем так, процессами и свойствами. Я как то видел в интернете японскоe учебное пособие для изучения электричества. И там в основном пытаются найти аналогии и подать материал образно. Ведь человек как раз лучше всего информацию осваивает ОБРАЗНО ,и школы то же ведь называются -ОБРАЗовательными .То есть человек должен получить правильное представление о тех или иных процессах и закономерностях .В школе я учился не важно. Но заинтересовался столь распространённой электроникой .Начал с учебника. Вроде написано просто ,но сё равно прочитав понимаешь что не совсем понял материал. Купил книгу -Занимательная электроника и там глава первая так и называется -Чем отличается ток от напряжения в которой как раз и говорится о запутанном определении напряжения. Так что есть над чем поработать.Надо пообразней расcказать о напряжении ,каким образом оно повышается и понижается при одной и той же мощности и откуда сама берётся эта мощность . Вообще очень и очень много есть и книг и компьютерных дисков и публикаций в интернете посвящённых электроэнергии. Но я не думаю что человек прочитав их скажет -Я понял как работают электрические приборы ,оборудование и техника. Можно сказать недавно появилось учебное пособие на компьютерном диске. Называется в- В мир электричества-как в первый раз, но я думаю и это пособие не сможем помочь тому чтоб у нас появилось огромное количество людей которые с электричеством будут, скажем так, -на ты .
Спасибо за Ваше мнение :) Рад, что учебник оказался полезен.
Соглашусь с Ростиславом, что школьные учебники составлены, мгяко говоря , скудновато… К сожалению. И толковых учителей мало. Их осталось совсем немного — советской закалки, а вот они уйдут — и всё… Именно эти два фактора отбили у меня в школьные годы весь интерес к физике, однако вуз вновь вернул его. Давайте догонять Японию :)
Smex наше будущее зависит от учеников и нам нужны толковые учителя чтоб нам не надо было больше кого то пытаться догнать. С толковыми учителями хорошей жизни проще добиться .
ДВА ТРАКТОРА МОЩНОСТЬЮ 100 ЛОШАДИНЫХ СИЛ ОНИ СОЕДИНЕНЫ ТРОСОМ И РАБОТАЯ ВО ВСЮ МОЩЬ ДВИГАЮТСЯ В ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ СТАРАЯСЬ ПЕРЕТЯНУТЬ ДРУГ ДРУГА. какое НАПРЯЖЕНИЕ ИСПЫТЫВАЕТ ТРОСС?
Говорят о высоком и низком напряжении Как можно на вышеизложенном примере пояснить как получить высокое и низкое напряжение при одной и той же мощности
Ростислав, никак. В вашем примере напряжение и мощность имеют различную природу и связаны с различными объектами так, что напряжение зависит от мощности. А если говорить о конкретной мощности и конкретном напряжении, то они всегда привязаны к одной точке, элементу цепи или схеме и мощность зависит от напряжения, об этом рассказано в Уроке 6.
Smex Что такое напряжение и каким образом при одной и той мощности мы можем получить низкое и высокое напряжение? В моём примере образно говоря напряжение испытывает на себе трос .Если трос мог создать вокруг себя силовое поле равное силе под действием которой он находится то мы уже получили бы что то сродни электрическому полю. По сути электрическое поле это -информация и в моём примере тросс как бы информировал о том под какой силой от находится . И всё так как при одной и той же мощности получить высокое и низкое напряжение и за сёт чего .
Ростислав, вы очень сильно путаетесь в понятиях и физических сущностях :) Поле это не то же самое, что и сила, поле неинформационно, трос не создает поле, как и проводник не создает мощности, в проводнике нет никакой информации о мощности, напряжение вторично — хотя ОТ НЕГО зависит мощность, но определяется всё током, протекающим по проводнику. Различные значения напряжения можно получить кучей разных способов, но в любом случае нужно некое устройство — преобразователь, трансформирующий составляющие мощности (напряжение и ток). Такими устройствами могут служить: трансформаторы, преобразователи напряжения, делители тока и напряжения, в какой-то степени усилители, схемы-умножители и т.д. Еще раз повторюсь — нельзя считать, что напряжение зависит от мощности! Мощность зависит от напряжения!
Я не пойму — у вас есть какой-то конуретный вопрос? Потому что получение напряжения различного уровня — задача тривиальная и давно решена кучей способов, поэтому нет смысла говорить об этом, как о проблема, однако в каждой ситуации нужен свой конкретный способ.
Smex Вы согласны с тем что при одной и той же мощности может быть разное напряжение ? Трансформатор повышает напряжение при котором уменьшается ток, а мощность при этом одна и та же. На этом основан принцип передачи электрической энергии. Магнитное поле проводника по которому течёт ток тем больше чем больше ток .Так что магнитное поле по сути информирует о том какой ток протекает в проводнике
Так к чему всё это? К тому, чтобы было? :)
Smex К тому что на входе трансформатора может быть например 380 вольт а на выходе -1000 вольт. И есть такой прибор -мегомметр который который может генерировать напряжение и в 1000 и больше вольт
Smex В линиях эектропередач ток очень высокого напряжения и в мегомметре ток высоко напряжения а мощность то ведь не одна и та же
Ииииии?
Smex С помощью мегомметра можно получить напряжение до 2500 вольт. 220 вольт котoрые у нас дома в розетке тоже можно с помощью трансформатора преобразовать до 2500 вольт. Есть ли разница между 2500 вольтами полученными с помощью мегомметра и полученными с преобразованием 220 вольт ?
Да, как минимум это разные значения напряжения :) И насколько я знаю мегомметр генерирует постоянное напряжение, а в розетке — переменное.
Smex Поставьте диодный мост и будет постоянное. Чем отличаются напряжения 1000 вольт полученные через трансформатор от розетки и от мегомметра ? Я не говорю о переменке или постоянном токе, потому как напряжение оно и есть напряжение независимо от того переменка или нет. Я уже на протяжении нескольких дней задаю один и тот же вопрос и не получаю ответа .
На протяжении нескольких дней я увидел кучу разных вопросов, один глупее другого…
Чем отличается напряжение 1000В от напряжения 1000В? Ничем…
Чем отличается напряжение в розетке от напряжения в мегомметре? Уровнем и типом.
Smex Ответа опять нет. Так что по электротехнике вам 2 .Именно эту оценку за подобный ответ вам бы поставили в любом учебном заведении .В мегомметре ток существенно ниже чем он будет если 220 преобразовать в 1000 вольт. То есть мощность мегомметра намного меньше мощности которая у нас в розетке. Но всё таки звучит забавно что 1000 вольт может отличаться уровнем и типом .Так что вопрос — Чем отличаются напряжения 1000 вольт полученные через трансформатор от розетки и от мегомметра ? поставил вас в тупик
Очень жаль, что нахватавшись умных слов, некоторые люди не умеют выражать свои мысли и до сих пор не научились читать… А то, что два напряжения отличаются друг от друга током и мощностью я запомню, из этого выйдет наплохая шутка :D
Smex В розетке у нас 220 вольт которые можно преобразовать в тысячу вольт. Мегомметр тоже без проблем может выдать 1000 вольт .Как считаете что для человека будет более ощутимо 1000 вольт из ,грубо говоря ,розетки или от мегомметра ?
Smex Можно из 220 v получить 1000 v ?
слово розетка у многих это мощьный источник тока который может движек крутить и даже убить. 220 вольт это да много а 1000 это страшно. но не напряжения бояться надо а тока который может протечь.
1. из 220 В из «розетки» мы можем получить 3500 ват так как 16 Ампер ток обычно оттуда максимальный(автомат на 16 А) Р=220*16=3520 Вт
далее его 220 преобразовываем в 1000 вольт при тойже мощьности получаем 3.5 А т.к. I=P\U=3520\1000=3.5 А а для смерти человека достаточно 0.1 А вот и думайте.
2. у мегаометра пусть хоть 20 000 В более 0.003 А он не дает. это ток который человек ощющает но не убивает.(если только человек не напугается до разрыва ресдца)
3. напряжение можно как понижать так и повышать хоть сколько угодно. пример 3 В батарейка в электрошокере на выходе 50 000 Вольт.
4. В коментариях было сказано Элкетронщики у нас слабые — НЕТ Такой профессии ЕСТЬ ЭЛЕКТРОНИК или ИНЖЕНЕР-ЭЛЕКТРОНИК профессия по стандарту РФ. и не мало их хороших просто китай и япония давит своим большим развитием и в этом мы все с вами виноваты покупая за 30 руб радиоприемник. если детали оттуда только стоят для тако-го же 100 р. и нет никакого желания что-то разрабатывать если это все не рентабельно. сделать занавес и не ввозить продукцию зарубежную тоже плохо, вернуться в 80 г. развития и 8-битный ЭВМ с оперативной памятью 48 килобайт не все захотят.
и еще не маловажный аспект. в нашем городе проще мясом торговать чем инженером работать. недавно только 3 предприятия начали работать на космическую промышленность и релейную защиту Государство спонсирует предприятие держится.
Что-то отвлеклись от задачи, которая дана в статье. Я считаю, что в первом случае не доберутся, а во втором доберутся. Да, в розетке нет никаких электронов. Электроны в проводах. Они побегут во Владивосток. Другой вопрос успеют ли они добежать до Владивостока за 0,02 с, при которых напряжение поменяет свой знак? А вот при включении аккумулятора на достаточно длительный срок электроны всё-таки доберутся до Владивостока, я на это надеюсь :-).
Seorubl, Вы наполовину правы. Действительно, за 0.02с электроны пробежать 9 тыс. км. не успеют, однако у этого явления есть своя причина, основанная на физике движения электронов в материале. Попробуйте догадаться — какая. А вот касательно подключения аккумулятора ответ неверный.
Почитал, что пишут в учебниках по движению электронов и ничего хорошего не нашёл. У меня есть предположение, что электроны не бегут таким прямолинейным потоком. На них действует в том числе эффекты от теплового движения. Они отталкиваются от других электронов, сталкиваются с положительными ионами в процессе своего дрейфа. Могут присоединяться к этим ионам и прекращать своё движение. Но что им мешает снова оторваться и пуститься в путь до Владивостока? Что всё-таки происходит, почему электроны не могут дойти до Владивостока при включении аккумулятора? Несмотря на некоторую хаотичность движения электроны всё же потихоньку движутся в сторону Владивостока?
1.Электроны сами по себе имеют малую скорость перемещения от точки А. до точки В. высокая скорость присутствует только в хаотическом движении электронов и при соударении с друг другом они в итоге практически остаются на месте с точки зрения перемещения.
2. при подключении аккумулятора к проводам и лампочки(нагрузка)вдоль проводников возникает (окутывает)электромагнитное поле со скоростью света и под действием этого поля электроны приобретают и свое хаотическое движение и направленное от минуса к плюсу(в учебниках ошибка которая говорит что от плюса к минусу, но так как это не принципиально и все привыкли что от плюса к минусу поэтому везде и принимают что от плюса к минусу в действительности электромагнитное поле распространяется от плюса к минусу а реально электроны бегут от минуса к плюсу)если взять 1 электрон и следить за ним то он даже направленно движется очень медленно не помню точно но где-то 2мм в секунду. НО т.к. существует эффект «домино на столе» то те электроны которые только продвинулись от плюса к минусу они проталкивают рядом стоящие и т.д. и такая цепная реакция со скоростью света подает электрический ток от источника к потребителю.
3. от аккумулятора до Владивостока ток дойдет но это чисто теретически т.к. напряжение на аккумуляторе 12В а сопротивление проводов может достигать 1 М Ом (1 000 000 Ом)что сможет только провести ток равный 0,0000012 А а это значит что никакаЯ лампочка не загорится т.к. ток для лампочки нужен от 0,12 А.
4. Поэтому линии электропередач на дальние расстояния делают 110,220,600 кВ чтобы сопротивление проводов не влияло на передачу электричества и минимум потери по пути так сказать.
Seorubl, дело в том, что без внешнего электромагнитного поля электроны в проводнике имеют хаотическое движение и перемещаются куда угодно по проводнику (вдоль, поперек, по диагонали, по спирали и т.д.). Поэтому сумма всех векторов скоростей электронов в любой момент времени равна 0. При приложении внешнего поля движение электронов остается хаотичным (!), но к собственному вектору скорости добавляется составляющая, параллельная вектору распространения поля. И, поскольку данный вектор добавляется к скорости КАЖДОГО электрона, то сумма векторов уже не равна 0, и говорят, что электроны стали двигаться упорядоченно (как бы с небольшим дрейфом вдоль линий поля). так же это называют нескомпенсированным движением, поскольку электроны направлено двигаются, хотя до приложения поля они как бы «вертелись» вокруг одной точки.
Евгений совершенно верно заметил, что скорость электронов составляет единицы мм/сек. Однако, это усредненная величина, рассчитанная из теории вероятности. Некоторые электроны вполне могут перемещаться в проводнике с гораздо большими скоростями, а некоторые — вообще перемещаться в противоположном направлении. Однако за счет нескомпенсированного внешнего поля ток по проводнику будет протекать в ОДНОМ направлении, пока поле не поменяет свой знак.
Так же все верно и про эффект домино. Здесь важно понять, что электрический ток это не сами по себе электроны, а распространяемая ими электромагнитная волна, вот ее фронт действительно движется практически со скоростью света, поэтому лампа загорится довольно быстро (а мы пренебрегли внешними условиями в задаче и считаем, что она действительно загорится).
Теперь вернемся к электронам. Поскольку их скорость перемещения в среднем мала, то время, необходимое, чтобы добраться из Москвы во Владивосток, требуется большое, однако, из теории вероятности известно, что вероятность хаотических процессов обратно пропорциональная времени, т.е. чем дольше электрон «ползет» тем больше вероятность, что он столкнется, застрянет или подвернет ногу и остановится. Поэтому условно можно считать, что электроны НЕ доберутся до Владивостока, поскольку вероятность этого события «крайне мала» (с).
Если бы Чак Норрис был электроном — он бы добрался, да…
Надеюсь, удалось разъяснить этот момент?
Спасибо за разъяснение. Понятно, примерно так я и думал. Просто хотел решить эту задачу в рамках информации данной в статье.
Я думал что электроны не доберутся так как ток в розетке переменный и заряды туда сюда ходят)
Я вот мучаюсь уже долго и не могу понять почему напряжение нельзя определить в количестве электронов(кулонов). Ведь напряжение это разность потенциалов, а частицами потенциалов являются электроны. Я вот себе пояснил что 12 вольт в аккумуляторе это значит что на отрицательном выводе собралось N количество электронов и именно поэтому там 12 вольт). Почитал книгу Занимательная Электроника но ответа тоже не нашел, видимо где то ошибаюсь
Картинка с пропихиванием тока через узкое место отличная, теперь перед глазами стоит всё время)
Алексей вот и паримся потому что никто толком не может объяснить что же из себя представляет напряжение и каким образом оно может меняться с нескольких вольт до тысячи .Дело в том что напряжение сравнивают с давлением ,а ток с количеством воды которое прошло в трубе за единицу времени . Но каким образом давление, грубо говоря и для простоты понимания ,в 9 килограмм преобразовать в 100 килограмм, не применяя при этом никаких дополнительных усилий
Удивительное свойство человека всё объяснять при этом не понимая суть)
Для меня более менее подходящее объяснение было из книги «транзистор это просто»
Любознайкин — Напряжение — это в некотором роде давление, которое оказывает на электроны разница в электрическом состоянии концов проводника.
Незнайкин — Это дьвольски сложно и неясно.
Любознайкин —
Да нет же, это очень просто. Как я тебе говорил, соотношение электронов и протонов определяет электрическое состояние или потенциал атома. Представь себе, что у тебя два атома. В первом не хватает трех электронов, а во втором пяти.
Незнайкин — Оба положительны. И,если я осмелюсь сказать, второй атом более положителен, чем первый.
Любознайкин — Надо осмелиться, так какэто так и есть. Но хотя оба атома положительны, можно также сказать, что относительно второго первый является отрицательным.
Незнайкин — Вот так штука!… В жизни все относительно.
Любознайкин —
Конечно. Например, из двух людей, имеющих деньги, тот, кто имеет 10 руб., беден по сравнению с другим, у которого их сотни, но богат по сравнению с третим, у которого все «богатство» в 1000 руб. долгу. В мире атомов тот атом, который лишен трех электронов, менее отрицателен, по отношению к тому, у которого не хватает десяти электронов, и положителен по отношению к тому, который имеет избыток в два электрона. Потенциалы этих трех атомов различны.
Незнайкин — А разница потенциалов измеряется разницей в числе электронов?
Любознайкин — Можно было бы так сделать. Но практически разность потенциалов, или, что равномерно, напряжение, измеряется в вольтах (В). Вольт — это напряжение, которое будучи приложено к концам проводника с сопротивлением в 1Ом, создает ток солой 1А.
Незнайкин — Таким образом, есл я хорошо понял. напряжение — это вид
электрического давления, которое толкает электроны от одного конца проводника к другому?
Любознайкин — Совершенно верно. И ты легко догадаешься, что чем больше напряжение…
Незнайкин — …тем больше сила тока.
Любознайкин — И наоборот, чем больше сопротивление…
Незнайкин -… тем меньше сила тока.
Любознайкин — Таким образом мы только что вновь открыли основной закон электричества — ЗАКОН ОМА. Сокращенно говорят, что ток равен напряжению, деленному на сопротивление(##).
А вот эту фразу я е понял:
Незнайкин — А разница потенциалов измеряется разницей в числе электронов?
Любознайкин — Можно было бы так сделать.
Чего можно было и так сделать? Это так или не так??
Я уже начинаю думать что те кто пишет такие книги сами не в курсе. Электрон же дуален он и частица и волна. Ну и написали бы что мол так и так, простите, сами не в курсе, разбираемся)
А то смотрите как всё просто!
Алексей У нас и в школах в основном зубрёжка Но как говорится и попугай сможет выучить и произнести слово -физика но смысла этого слова он никогда не поймёт Давление в трубе само себя повысит не может то если если в трубе давление грубо говоря 10 кг то ведь никак из 10 оно 100 не станет
Нет, не доберутся.
Это связано с тем, что эл. ток на участке цепи приближенном к лампе во Владивостоке будет состоять из зарядов которые поступили в цепь из проводников находящихся уже во Владивостоке, а вот привело их в движение эл. магнитное поле которое образовалось благодаря созданию генератором в Москве разности потенциалов и замыканию эл. цепи. Эл. магнитное поле распространяется с огромной скоростью, а вот электроны передвигаются значительно медленнее. На пути от Москвы до Владивостока электроны из розетки по пути движения встретили столько преград, попали под влияние стольких факторов, что добраться до Владивостока им никак не выйдет)
Если же мы подключим лампочку к аккумулятору который находиться в Москве, то все зависит от емкости аккумулятора, хватит ли ее на то чтобы обеспечить разность потенциалов на столь продолжительном участке.
Я эти процессы понимаю по другому. Как пишут в учебниках, с точки зрения современной теории, электрическое и магнитное поля есть проявления одного поля — электромагнитного. Что такое электромагнитное поле (как и гравитационное) неизвестно. Известны лишь некоторые проявления (свойства) этого поля. Вокруг заряженной частицы или проводника возникает магнитное поле, которое характеризуется величиной и направлением, которые не зависят от расположения внешних заряженных тел или частиц. Электрическое поле проявляет себя (как бы появляется) при взаимодействии двух тел (проводников и т.п.) или заряженных частиц и направлено по линии тела соединяющие. Направление электрического и магнитного полей, как правило, отличаются друг от друга и никак не связаны между собой, хотя являются проявлениями одного электромагнитного поля.
Исправьте
(является векторной величиной: одноимённые заряды притягиваются, разноимённые – отталкиваются).
Добрый день! Рисунок 1 — это строение атома, а не электрона. Поправьте, пожалуйста.
Ну и Рисунок 1.3 заодно :)
Электрон московский не доберёться до дального востока,принцеп распределения энергии другой,нежели описанный в эл.технеки.только на
траспоте.
С новым годом!Всего Вам доброго! Александр.
На основе практики доказать интерес вопросы,а именно переменное напряжение
попадает от трансформаторов 6,3./0,4 кв.передается на большие расстояния с
повторением.Во избежания падения напряжения без учета получения.Этого условия не будет соблюдено до Владивостока напряжение не дойдет.В прославить общество показано на сварочном напряжении.1-ой,вторичной обмотки 65 вольт с регулировкой тока (Вы можете варить,резать металл.)Это целая наука,мощность при любых напряжениях одинакова,Для этой цели служат автотрансформаторы,трансформаторы повышать понижать напряжение.Разница эл-двигатели напряжение 12-36 сечение провода повышается,а также в лампах 12- 36 вольт.Для измерение приборов тока
провода в пределах 4 кв.Существуют тр-ры вторичная ток до 1000 ам,можна получить ожог.Вы задайте в моем профиле вопросы постараюсь ответить.
Постоянное напряжение на расстояние не передается виду падения напряжения до Владивостока не дойдет.Переноски пользуются 12-36 вольт,
ток безопасен для жизни человека,разделите на сопротивление человека
зависит от состояния 600 ом =0,02 ампера и.т.д.Смертельный считается 0.1а.Мне надо подкрепление совместно создать не ясные вопросы.По поводу
нет приборов замерить напряжение оденьте шерстяную одежду в темном месте
летят искры,одеваете майку с с кружочками отверсий синтетику по Вашему телу проходят заряды.По постоянному напряжение описание сделал какие явления происходят этой теории не мешало подключить ученных с изложением грамотно теории изложением,утрем нос всем странам Мира.
Очень понравился ответ Евгения , но как он узнал с какой скоростью движутся электроны на самом деле ? Всю жизнь нас в школе и по книжкам учили что электроны это поток заряженных частиц , что вот эти вот шарики минусы текут потоком , а тут оказывается и не текут и не быстро совсем а со скоростью улитки.
Но раз они так медленно движутся значит и нет такого понятия как течение тока, а есть понятие последовательная передача заряда, хотя и это не верно заряд то по сути и есть электрон а они как мы поняли ни куда не текут . Значит выходит нечто вроде последовательного по цепочке возбуждения електронов в поле , которые начианею хаотично двигаться и выходить за пределы своих привычных орбит попадая на орбиты соседних электронов , то т.к при подаче напряжения поле охватывает весь проводник то электроны в каждом атоме становяться инициаторами этого эффекта домино .
В розетке у нас 220 вольт которые можно преобразовать в тысячу вольт. Мегомметр тоже без проблем может выдать 1000 вольт .Как считаете что для человека будет более ощутимо 1000 вольт из ,грубо говоря ,розетки или от мегомметра ?Этот вопрос мной был задан 06.12.2012 22:29 .Ответ прост — ощутимей будет напряжение 1000 вольт преобразованное из 220 .Мы выясняли каким образом давление, грубо говоря и для простоты понимания ,в 9 килограмм преобразовать в 100 килограмм, не применяя при этом никаких дополнительных усилий .
Раньше я считал первичным и по сути неизменным должно быть напряжение .Но а может быть справедливо считать мощность неизменным фактором .Ведь как видим из закона Ома и его производных меняться может и ток и напряжение а мощность при этом остаётся неизменной .Хотя тут говорили что напряжение вторично — но ОТ НЕГО зависит мощность, а определяется всё током, протекающим по проводнику.
РОСТИСЛАВ, я склонен считать Вас странной личность со склонностью к ФГМ. Вы за 5 лет не смогли разобраться в вопросе. Вы спрашиваете, как 9 килограмм преобразовать в 100 килограмм, не применяя при этом никаких дополнительных усилий, при этом сами повышаете 220В в 1000В прибегая к трансформатору — это ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ усилие, каждый школьник обладает этим знанием, а вы сами себе зачем-то противоречите. Как Вам верно уже объяснили напряжение 1000В=1000В. Вам даже про ощущения от ударом ТОКА (от мегометра и розетки) человеческой личности рассказали. А вы опять про мощность. При этом вы не поясняете о какой мощности идет речь, но я сделаю осторожное предположение — мощность источника питания, верно же? При этом забываете, а скорее всего не знаете, что существует еще мощность нагрузки (полная, активная, разная…). А еще, есть такое понятие, как проводник и его сопротивление. А еще есть понятие недозагрузка и перегрузка. Много чего честь и всё это… эмм, как это по Вашему будет? -… тесно связано информационным полем;) Суть высокого напряжения — уменьшение потерь, доставка большего тока на большие расстояния. Отвечая на Ваш вопрос, 220В из розетки — опасно для жизни, но не радуйтесь преждевременно, я сейчас к току перейду, так вот, принято считать (гы-гы-гы), что розетка является источником бесконечной энергии (хрень полная, но так Вам в школе, наверняка, рассказывали)))… ну ладно, пусть будет 11кВт/220В=50А это рядовая подведенная мощность к большинству квартир. Ещё раз, мощность ввода в вашу квартиру = 11кВт, при напряжении 220В, максимальный ток ограниченный автоматом в распределительном межэтажном щите на вашу жил.площадь 50А, ввод организован открытой медной проводкой (шутка, кабелем) 6мм2, принято считать, что смертельный ток для человека = 0,1 А. Вы ставите эксперимент, включили камеру, перед Вами зеркало, распечатка «Лицевой шкалы боли», кабельный ввод с зачищенными концами… Бррр…скучно(( Разнообразим процесс, Вы принимаете ванную, в наполненной ванной, соответственно;) Поскольку Вы в физике бог от слова гад, Вы зачем-то организовали кабельный ввод прям над ванной, кабели весят в «воздухе» (закреплены виниловой стяжкой), у Вас горит свеча, Вы читаете «электронщик — не чайник», короче — романтика. И тут стяжка рвётся, кабель падает в ванную, тоннель, свет… Успели ли вы, что-то почувствовать? Вопрос очень сложный и неоднозначный… Далее, к Вам подсоединили мегомметр (дефибриллятор будущего))) Крутанули и хз что, но допустим тонель кончился, свет погас, опять полумрак и дрожащее пламя свечи в ванной комнате. Почувствовали ли вы что-то в этот раз? Смогло ли это вызвать повреждения синапсов?
Более яркий пример для аккумулятора.: поезд от москвы до владивостока Если в москве сдвинуть первый вагон на 10метров, то во владивостоке последний вагон тоже сдвинется на 10 м через 10-20мин. для переменного тока так же только вагоны будут двигаться туда- сюда.
Какая чушь написана во всех учебниках о том что есть такое электрический ток. Во первых если с точки зрения химии все неорганические вещества есть молекулы состоящие из атомов у которых в свою очередь есть ядро и электроны (валентность), при возникновении в веществе например медь (купрум) электрического тока ( а по современным понятиям это направленное движение заряженных частиц (электронов)), структура этого вещества должна непременно меняться. Пример кусок провода_ берем первый атом и электрон из него пошел к последнему атому провода.Значит первый атом остался без электрона. значит атомы меди в проводе стали неодинаковы? Это чушь. Атомы неизменны. Прогуглите как в электронном микроскопе они выглядят