Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиВКонтактеИгрыЗнакомстваНовостиКалендарьОблакоЗаметкиВсе проекты

Откуда берутся электроны в проводнике? Почему они не кончаются, ведь количество электронов в атоме ограничено?

Александр Владиславович Просветленный (30260), закрыт 11 лет назад
Мое понимание физики закончилось на разделе "Электричество". Я так и не смог понять, откуда в проводнике берутся электроны, если им не откуда браться, кроме как оторвавшись от атомных ядер? Но сорвавшись с орбиты атома-резидента, они оголят ядра, и скоро кончатся. Почему же ток бежит в проводнике годами, а электроны не кончаются? Простите, если мой вопрос покажется вам идиотским, но я в самом деле этого не могу понять, а учительница в школе почему-то возненавидела меня за этот вопрос и, хотя мне нравилась физика, наставила двоек и трояков и убила во мне Эйнштейна.
Может, вы воскресите Эйнштейна?
Лучший ответ
rafael ahmetov Высший разум (122481) 11 лет назад
Вы наверное не раз слышали, что в металлах есть "свободные" электроны. так вот, "свободные" электроны - это не совсем правильно. На самом деле они не совсем свободные. Давай рассмотрим медный проводник, допустим кольцо из медной проволоки. Каждый атом меди состоит из ядра с зарядом (+29) и 29 электронов (каждый с зарядом (-1)). Эти электроны не одинаковы, они распределены по энергетическим уровням. Электронная формула меди 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1. Электроны, находящиеся на энергетических уровнях 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 удерживаются ядром достаточно прочно и находятся каждый возле "своего" ядра, а вот электрон, находящийся на энергетическом уровне 4s1 - очень слабо. Образно говоря, достаточно "дунуть" чтобы не оторвать совсем, а переместить его от одного ядра к другому. У того другого ядра появится лишний электрон, но оно (ядро) не может удержать лишний электрон и передает его третьему, тот следующему и т. д. Эта передача электронов в отсутствие внешних сил хаотична, без определенного направления. В конце концов этот лишний электрон придет к тому ядру, от которого мы его "сдули". Таким образом, электроны, находящиеся на энергетических уровнях 4s1 всех атомов постоянно и очень легко переходят от одного атома к другому. Вот в этом смысле они и называются свободными.
Теперь рассмотрим то же медное кольцо, один участок которого помещен в магнитное поле и под действием внешней (механической) силы движется в нем поперек силовых линий магнитного поля (эта часть кольца генератор, а остальные части - провода и потребитель, например лампочка) . Фактически, если опуститься на уровень атомов, под действием приложенной механической силы движутся ядра и электроны. По закону уж не помню кого (я физику уже основательно подзабыл) на движущиеся в магнитном поле заряды действует сила, которая направлена перпендикулярно направлению движения проводника в целом. Эта сила не может заставить перемещаться ядра (они очень тяжелые) и связанные с ними электроны, находящиеся на энергетических уровнях 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10. А вот, так называемые "свободные электроны" (на уровне 4s) она заставляет перемещаться вдоль проводника. Теперь уже движение "свободных" электронов не хаотичное, а строго направленное. Электрон от первого атома перемещается ко второму, от второго к третьему, от третьего.. . и так далее. Наконец, электрон от последнего атома перемещается к первому (не забываем, что проводник у нас свернут в кольцо.
Таким образом, у каждого атома меди вновь стало по 29 электронов, но 4s электроны не свои, а от соседа. В следующий момент времени все "свободные" электроны сместятся еще на 1 позицию в том же направлении. Работа генераторов переменного тока организована так, что грубо говоря рамка с током вращается в постоянном магнитном поле (в промышленных с частотой 50 герц) . Поэтому, в первую половину оборота проводник (одна сторона рамки) пересекает силовые линии вблизи северного полюса магнита, и электроны движутся в каком-то одном направлении. Во вторую половину оборота рамки рассматриваемый проводник пересекает силовые линии вблизи южного полюса магнита, и электроны движутся в противоположном направлении, и так 50 раз в секунду. Правда, на самом деле напряженность магнитного поля, которое пересекает проводник, не постоянная, а изменяется по синусоиде, но это не изменяет сути происходящего. В итоге получается переменный электрический ток, т. е. электроны фактически не уходят далеко от своих ядер, а "болтаются" туда-сюда, как на качелях. Вот примерно так.
Александр ВладиславовичПросветленный (30260) 11 лет назад
Огромное спасибо вам за ясное и понятное изложение. Как люди получают эстетическое удовольствие от симфонии или романа, я получил интеллектуальный кайф от вашего ответа. Право, даже неудобно как-то, что отнял у вас время. Не могу подобрать слова - в общем, я просто хочу похвалить вас. Спасибо.
Если коротко, электроны никуда не деваются и не исчезают, но при своем движении приобретают энергию, можно сказать они являются носителями энергии. К примеру, это не ток изучается в виде света в лампе, а электрон испускает частичку энергии ввиде кванта света, сам же электрон никуда не делся
djlexa13Профи (789) 9 лет назад
И я тоже очень рад этому ответу!
Спасибо вам огромное, всю жизнь мучал этот вопрос. Не понял я однако того, как тогда всякие трансформаторы Теслы распространяют электричество в воздухе, или те же молнии, или воздух тоже передает эти "свободные" электроны, но в таком случае они не смогут вернуться к источнику, ведь цепи нет. В общем хотел бы у вас узнать, или может литературу посоветуете?
Павел ПавелУченик (104) 8 лет назад
Отличное объяснение, спасибо. Как грустно, что в школе объясняли не так, а гнали всякую сухую теоретическую пургу
МАРИНААДУТПрофи (660) 8 лет назад
Можно ли забрать эти "свободные электроны" у металла, который является проводником?
Да забирай сколько хочеш. Только вот про свободные и привязаные всё чуш. Они зарождаются. Из волны в материю. Трансформация волны магнитной в световую, тепловую, та какую вам угодно.
Тимур Профи (609) 8 лет назад
Спасибо за хороший ответ.
вам и не снилосьМудрец (10527) 5 лет назад
такое положение в полупроводниках. в металлах в буквальном смысле присутствует электронный "газ" в пространстве кристаллической решетки.
НюраУченик (169) 4 года назад
Если электроны "болтаются" во круг "своих ядер"- какой эл. ток возможен и какая передача энергии возможна от этой "болтанки" вокруг ядра проводника - zero
НюраУченик (169) 4 года назад
Все одно не убедительно... медь может только эффективно передавать заряд "свободного" электрона ...где источник электронов? ..это либо турбина или ДВС со своей кинетической энергией - следовательно либо она "рождает" электроны т. е. материю... либо... это просто "чудо" - в которое наука не слишком готова верить
Нюра, тогда что есть электричество?
ыыыы ыыыПрофи (528) 4 года назад
браво, не где толком не мог найти нормальное объяснение! спасибо за помощь)
Илья ЛушниковУченик (111) 3 года назад
Круто. Сохраню себе данный ответ. Буду перечитывать время от времени
todfoxУченик (153) 2 года назад
а где помощь? я тут не увидел ответа... Зачем вообще рассматривать замкнутое медное кольцо??? От первого ко второму, от второго к третьему и так далее, каким образом электрон вернется на изначальное место если цепь не замкнута?
Никита Руденко Знаток (354) todfox, внутри проводника полно заряженных частиц, для металла это электроны, они носятся там куда не поподя, это называется "электронный газ",по сути просто беспорядочно суетятся в кристаллической решётке. Прикладываем напряжение, и оно толкает электроны в одном направлении, и все они сплошным потоком несутся в одну сторону. Этот поток и есть электрический ток. Если цепь замкнута, то они могут свободно носится по кругу, это ток в замкнутой цепи. Если где-то в цепи есть разрыв, то электронам деться некуда. Какое-то время они двигаются к "тупику",то есть к месту разрыва, но так как они заряжены одноимённо, то вскоре начинают отталкивать друг друга обратно, ток прекращается. https://otvet.mail.ru/question/179906604#:~:text=внутри проводника полно, обратно%2C ток прекращается.
Никита РуденкоЗнаток (354) 2 года назад
Ваш пример:
Существуют следующие виды ИСТОЧНИКОВ электрического тока:
МЕХАНИЧЕСКИЕ;
тепловые;
световые;
химические.
ИСТОЧНИК электрического тока – это устройство, с помощью которого создаётся электрический ток в ЗАМКНУТОЙ электрической цепи.
Ответ:
Если цепь замкнута, то они могут свободно носится по кругу, это ток в замкнутой цепи. Если где-то в цепи есть разрыв, то электронам деться некуда. Какое-то время они двигаются к "тупику",то есть к месту разрыва, но так как они заряжены одноимённо, то вскоре начинают отталкивать друг друга обратно, ток прекращается.

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля. Частицами могут быть: электроны, протоны, ионы, дырки.
Андрей ЛарионовУченик (198) 1 год назад
Главное не объяснено : По закону сохранения энергии Ломоносова,если происходит расход энергии,в результате,например,нагрева электрическим током электроплиты,которая жарит блины на сковородке,то расходуется источник энергии, из изначального источника энергии,и колоссальную энергию отдает магнит,который заставляет своим магнитным полем двигаться туда- сюда электроны,но магнитная сила не иссякает,маленький магнит может гонять столько тока,что может нагреть до кипения тысячу поездов с цистернами воды,каждая по 50 тонн,и, дальше,следующие тысячи поездов,и следующие! А сам магнитик умещается в кармане...И хотя подсчитано,сколько срок выгорания атомной энергии солнца,греющее всех,но прогнозы,что солнце постепенно остывает,не оправдались,а наоборот! Бог является источником неиссякаемой энергии!
Сергей ИвановУченик (163) 1 год назад
Люди, я, как и Нюра, не совсем понял, так откуда ИЗНАЧАЛЬНО берутся электроны? С переменным током более-менее понятно, электроны "болтаются" туда-сюда в рамке, которая вертится в постоянном магнитном поле. А постоянный ток?Проводник свёрнутый в кольцо(медное кольцо) в примере как-то не убедительно(во всяком случае для меня?). А если проводник - это отрезок АВ, к которому приложена разность потенциалов(напряжение). И вот электрон "из пункта А начал двигаться в пункт В. У меня возникают сразу два вопроса:1-Почему в пункте А электроны не иссякают и 2-Почему нет" пробки" из электронов в пункте В? Нутром чую, что этот электрон(из пункта В) каким-то образом оказывается в пункте А, чтоб "закольцеваться". Где я ошибаюсь?
Сергей ИвановУченик (163) 1 год назад
Мои "непонятки" простительны, школу закончил 48 лет назад, мог кое-что подзабыть, хотя физику очень любил и участвовал в школьных городских олимпиадах и т.д. Но этот вопрос(откуда берутся электроны) не даёт мне покоя до сих пор(на похожий вопрос о детях я, как мне кажется, узнал ответ, хотя и не точно?). И ещё, кто мне ответит, что такое ГРАВИТАЦИЯ? И почему чем массивнее тело(не важно, газообразное ли, твёрдое ли), тем гравитация больше. Чёрные дыры - не в счёт?. Или... "есть много, друг Горацио..."
Остальные ответы
Dr. Dick Оракул (51889) 11 лет назад
так на место тех, что ушли, приходят другие. Ток течет только в замкнутой цепи, помните? То есть, электроны циркулируют по кругу
Александр Шевченко Знаток (399) 11 лет назад
электроны никуда не бегут, они остаются на месте, они передают заряд по цепочке друг другу.
Александр ВладиславовичПросветленный (30260) 11 лет назад
Вот этого я и не понимаю. Как заряд электрона может существовать без своего носителя - самого электрона? То есть, отрицательно заряженный электрон может стать нейтральным, отдав свой заряд? Электрон и заряд электрона - разве это не одно и то же?
Александр Шевченко Знаток (399) есть еще такое понятие как "дырка". Она представляет собой положительный заряд равный по модулю заряду электрона. Когда электрон отдает свой заряд по цепочке другому, вместо него образуется дырка с положительным зарядом. На место этой "дырки" в последующем придет заряд от предыдущего электрона.
Пиночет Просветленный (47781) 11 лет назад
Да не бегут эти электроны никуда.
Если тебе сказать, что ни один учёный не знает точно, что такое вообще эл. ток, - то ты потеряешь веру в человечество. )))
Есть только гипотезы, то есть предположения, чтобы хоть как-то можно было делать расчёты.
А гипотез ты и сам можешь кучу придумать.
Электроны никуда не бегут, а просто бьют друг друга в жопу, кто дальше улетит.
Типа как шары в бильярде.
Да и когда им бегать ? -Скорость тока равна скорости света. Они просто передают друг другу заряд да и всё.
Александр ВладиславовичПросветленный (30260) 11 лет назад
Странно все это. Как так быстро можно передавать заряд - с максимальной скоростью во Вселенной? Это же все равно процесс. Взять хоть молнию - я вижу, как она распространяется, расползаясь, подобно трещине, и распространяется явно не со скоростью света. Нет, я точно идиот.
Картофельный папа Искусственный Интеллект (403913) Распространение эл. сигнала в проводнике, и процесс ионизации газа (эл.разряд в воздухе, молния) - явления разного плана и не сопоставимы между собой. Электрическое поле, вызывающее ионизацию газа распространяется со скоростью света, но его не видно. А процесс развития пробоя достаточно медленный.
Петр БернадскийЗнаток (260) 7 лет назад
Скорость тока совсем не равна скорости света. Со скоростью света распространяется магнитное поле вдоль проводника. А сами электроны двигаются очень медленно. Примерно 0,1мм в секунду.
Петр Бернадский Знаток (260) *Электрическое поле...
Картофельный папа Искусственный Интеллект (403913) 11 лет назад
http://www.hep.by/2012/03/22/svobodnye-elektrony/
свободные электроны.
Они не кончаются потому что электрический ток - это всегда замкнутый по кругу процесс. Если что-то убыло, значит что-то прибыло.
Globe Просветленный (24852) 11 лет назад
Не знаю, что означает фраза "электроны передают заряд", но по моему скромному разумению дело обстоит так.

Когда мы щелкаем выключателем, по проводнику со скоростью света пробегает некое возмущение. Вы, наверно, видели, как трогается со станции грузовой состав? Локомотив дергает первый вагон, тот - второй, и так по всей цепочке проносится лязганье автосцепки (причем скорость этого лязганья гораздо выше, чем скорость и локомотива, и вагонов) . Так и здесь - электроны устремляются к плюсу, на их место тянутся соседние, и т. п. По проводнику со скоростью света пробегает электромагнитный импульс.

Дальше вспомним, что сила тока - это заряд, прошедший в единицу времени через какое-то сечение проводника. Скорость отдельного электрона может быть крохотной - но он пересек это сечение, и, значит, в силу тока свой вклад сделал.

Свободных же электронов в проводнике много: примерно 10^23 (порядка постоянной Авогадро) . И хотя заряд одного электрона порядка 10^-19Кл, но достаточно 0.01% всех электронов прийти в движение - и по проводнику уже потечет ток 1А.

Это с постоянным током. В переменном же всё ещё проще - там электронам можно никуда не двигаться, а просто колебаться в соответствии с периодическим изменением направления электрического поля.

Ну и, наконец, про убыль. Если в проводнике электронов станет меньше, то он окажется положительно заряженным, и либо ток прекратится, либо он начнет притягивать электроны с минуса элемента питания.
sistemsУченик (198) 5 лет назад
Ой ой ой выключателем вы соединяете цепь движения электронов в проводнике от положительного к отрицательному это описание постоянного электрического тока а как быть с переменным если составов 50 и движутся они в переменном направлении в один и тот же промежуток времени хаотично и беспорядочно при всём при этом энергопотери при переменном токе гораздо ниже чем энергопотери при постоянном токе и чем выше частота значит выше скорость движения электронов в теории получается чем выше скорость электронов тем чаще они будут сталкиваться своими эл. полями сопротивление проводника должно возрасти и часть энергии уйдёт на потери (нагрев) но по факту всё на оборот чем выше частота тем меньше сопротивление где правда?
Иванов Оракул (67388) 11 лет назад
Бегут электроны, бегут.
И бежать их заставляет электрическое поле.
Электрон имеет заряд и под действием эл\поля он перемещается.
В проводниках (металлах например, в электролитах, полупроводниках.... немного другая картина) из-за особенностей их строения есть свободные электроны.
Одни убегают, а на их место прибегают другие, из подсоединенного другого проводника (например выключатель при включении) . Тот проводник соединен с источником тока, а источник перегоняет их по кругу.
Так происходит при постоянном токе.
Если ток переменный (помните про 50 гц в сети) то они колеблются "то туда, то сюда" 50 раз в секунду. И остаются почти на месте.
Электрическое поле в проводнике распространяется быстро, со скоростью света (скоростью распространения эл\поля) . А сами электроны бегут гораздо медленнее.
Evgeny M. Высший разум (927607) 11 лет назад
Когда что-то бегает по кругу, то оно не убывает никогда.
Почему Вас не посетила такая простая мысль? (Или Вашу учительницу? )
Механизм процесса совсем не важен, детали совсем не важны. Например, не важно, успевает ли один конкретный электрон облетель весь проводник по замкнутому пути и вернуться обратно или он только прилетает в соседний атом и встает там на место вылетевшего электрона.
Главное, что постоянный ток ВСЕГДА идет только по замкнутому пути. Если путь не замкнут, то ток всегда останавливается (электроны кончаются) .
Если путь не замкнут, то в такой системе может существовать только переменный ток. (Например, путь может быть разорван конденсатором. ) При переменном токе электроны, вообще, никуда не улетают. Они находятся вблизи своих атомов и только совершают колебательные движения с частотой переменного тока.
DoctoR Искусственный Интеллект (159280) 11 лет назад
Электроны в проводнике есть - они есть на орбиталях вокруг ядер атомов. Но в проводниках - они свободны. Значит под действием внешних сил могут безприпятственно прийти в движение. . Они сами по себе.
Когда возникает электрическое поле - они начинают упорядочено двигаться.
Согласно закону Киркгофа - сумма токов равна нулю. Поэтому они и не кончаются - они не тратятся никуда - а ходят по кругу в замкнутой цепи.

Второе - в атомах нет орбит)
Есть орбитали - это совокупность точек, где местоположение электрона более вероятно. Вы используете старую модель атома бора.
Источник: Чем обязан таким кол-вом оценок?)
MwenMas Просветленный (44933) 11 лет назад
Короче говоря, электроны из проводника никуда не уходят. Они всегда в нем остаются и движутся под действием электрического поля то ли в одну сторону при постоянном токе, то ли туда-сюда при переменном. Представь, что в системе отопления насос воду гоняет, она же никуда не девается, меньше ее не становится. Так и с электронами.
Юрий АлекчандровичЗнаток (303) 6 лет назад
С электронами то все понятно . Так откуда заряд, он откуда то берет новую энергию . Вот система отопление как вы сказали, поставили радиатор отопления, как в электро цепи лампочку накала, так радиатор будет холодный если не будет котла, который из газа или электричество переходит в тепловую энергию . Она же сама не нагреться . Получается труба это как проводник (медный кабель) , насос это как генератор (магнитные поля дают движение электронов) а электроны как вода передающий энергию до радиатора . Тока в отопление стоит котел для заряда воды теплом, а в генераторе где ?
Юрий Семыкин Искусственный Интеллект (189191) 11 лет назад
Воскрешение Энштейна - это к биологам и медикам.
Здесь не надо физики, достаточно здравого смысла что бы разобраться. Электроны, то не исчезают, а смещаются всего лишь. Иначе бы участок цепи быстро зарядился бы положительно. Раз уж остаётся нейтральным, то заряд компенсируется. Понятно, что электронами же. Реально электроны не "текут" в виде тока, а движется волна электромагнитная. Это посложнее будет понять.
Алекс Ученик (219) 8 лет назад
И ко всему сказанному, как возобновляется Заряд (энергии) электронов в замкнутой цепи, если учесть, что часть энергии расходуется на тепло при работе потребителя?
Сергей Профи (583) 6 лет назад
Электронной теорией наука не в состоянии объяснить многие явления. К ним можно отнести проявление и исчезновение статического электричества, явление магнетизма, нейтральность проводника, проводимость и непроводимость веществами электрического тока, пьезоэлектрический эффект, присутствие электрического тока в разорванной цепи, отсутствие позитронов в рождении электрического тока и их присутствие в порождении электрического разряда, проявление частицами дуализма и многое другое.
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11569.html
Юрий Алекчандрович Знаток (303) 6 лет назад
А если в цепи лампочка накала . Она же тратит энергию в световую и тепловую, так получается что электроны заряжены и заряд передают лампочке . Так потом откуда они берут новый заряд? С магнитного поля? Или от того что они дальше по кругу себя пинают
?
Юлия ВирясоваУченик (233) 5 лет назад
предупреждаю сразу я не спец, а только выражу свою мысль, как электроны могут передавать свой заряд лампочке??? по логике вещей лампочка это тот же проводник, спираль которой имеет большее сопротивление (из-за нагрева которой и происходит свечение), думаю что вы правильно сказали что тратиться энергия на преодоление этого сопротивления, а электроны как по кругу бегали так и бегают и они не тратятся
Томаз Карчаули Ученик (230) 5 лет назад
Если цепь не замкнута, гидрост. вырабатывает эл. ток-куда в этот момент девается эл ток?!
Юлия ВирясоваУченик (233) 5 лет назад
ам, а в этом случае нет электрического тока))) ток есть только в замкнутой цепи
sistems Ученик (198) 5 лет назад
А как применить теорию Энштейна к атомной бомбе от чего в двух атомах чего бы то ни было может взяться такое количество энергии
НюраУченик (169) 4 года назад
Энштейн не работал над бомбой, над ней работали другие люди, которые передали кое что через Судоплатова и нам....
sistems Ученик (198) Разве я говорил о том над чем работал Энштейн ? Мы тут обсуждали несовершенство знаний человечества и конкретно о законе сохранения энергии пытаемся разобраться в физике движения электронов в проводнике
Коля Любич Знаток (260) 4 года назад
Свинцовые пластины в аккумуляторах с годами разваливаются полностью, там остаются одни сеточки и "труха".А за учительницу обидно, что так отнеслась. Кроме того бегут как электроны от минуса к плюсу, так и наоборот, плюсовые частицы к минусу.
НюраУченик (169) 4 года назад
"плюсовые частицы" без электрона - это атомы без электрона- ионы
Нюра Ученик (169) 4 года назад
Во первых Энштейн это фигура спорная, создана прессой... корпускулярно-волновой - это и волна в среде (эфир?) и частица - фотон
Παν μέτρον άριστονМыслитель (9576) 4 года назад
Корпускулярно-волновая шизофрения это, а не дуализм. Какому нормальному человеку, если он кинет камень вводу, придёт в голову идея отделять волну от самой воды?
Gennady Tverd Знаток (265) 4 года назад
На вопрос отвечает Новая концепция электричества Твердохлебова Г. А.
Похожие вопросы