rafael ahmetov
Высший разум
(122516)
12 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 (30083)
12 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.
Павел СапожниковУченик (111)
9 лет назад
Отличное объяснение, спасибо. Как грустно, что в школе объясняли не так, а гнали всякую сухую теоретическую пургу
МАРИНА АДУТПрофи (672)
9 лет назад
Можно ли забрать эти "свободные электроны" у металла, который является проводником?
вам и не снилосьМудрец (10535)
6 лет назад
такое положение в полупроводниках. в металлах в буквальном смысле присутствует электронный "газ" в пространстве кристаллической решетки.
НюраУченик (169)
5 лет 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)
5 лет 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
ыыыы ыыыПрофи (534)
5 лет назад
браво, не где толком не мог найти нормальное объяснение! спасибо за помощь)
todfoxУченик (165)
3 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 РуденкоЗнаток (468)
3 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 ЛарионовЗнаток (253)
2 года 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)
2 года 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)
2 года 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..."
Globe
Просветленный
(24836)
12 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 (208)
6 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?
Может, вы воскресите Эйнштейна?